Alüminyum, yüksek elektriksel ve termal iletkenliğe sahip gümüşi beyaz bir metaldir. (Alüminyumun ısıl iletkenliği bakırınkinden 1.8 kat, paslanmaz çeliğinkinden 9 kat daha fazladır.) Düşük bir yoğunluğa sahiptir - demir, bakır ve çinkonunkinden yaklaşık üç kat daha azdır. Ve yine de çok dayanıklı bir metaldir.

Bir alüminyum atomunun dış kabuğundan gelen üç elektron, metalik alüminyumun kristal kafesi boyunca yer değiştirir. Bu kafes, kalay ve altına benzer yüz merkezli kübik bir yapıya sahiptir (bkz. Bölüm 3.2). Bu nedenle, alüminyum iyi sünekliğe sahiptir.

Kimyasal özellikler

Alüminyum iyonik ve kovalent tipte bileşikler oluşturur. Yüksek iyonlaşma enerjisi ile karakterizedir (Tablo 15.1). Bir iyon için yük yoğunluğu (yükün yarıçapa oranı), aynı periyottaki diğer metallerin katyonlarına kıyasla çok yüksektir (bkz. Tablo 15.2).

Pirinç. 15.2. Hidratlı alüminyum iyonu.

Tablo 15.2. Yükün Yarıçap Katyon Oranı

İyon yüksek bir yük yoğunluğuna sahip olduğundan, büyük bir polarizasyon gücüne sahiptir. Bu, izole edilmiş iyonun neden sadece çok az sayıda bileşikte, örneğin susuz alüminyum florür ve alüminyum oksitte bulunduğunu ve hatta bu bileşiklerin bile fark edilebilir bir kovalent karakter gösterdiğini açıklar. Sulu bir çözeltide iyon, sonuç olarak katyonu hidratlayan su moleküllerini polarize eder (bkz. Şekil 15.2). Bu hidrasyon, yüksek ekzotermi ile karakterize edilir:

Alüminyumun standart redoks potansiyeli - 1.66 V'dir:

Bu nedenle, elektrokimyasal element serilerinde alüminyum oldukça yüksek yer almaktadır (bkz. Bölüm 10.5). Bu, alüminyumun oksijenle kolayca reaksiyona girmesi ve mineral asitleri seyreltmesi gerektiğini gösterir. Bununla birlikte, alüminyum oksijen ile reaksiyona girdiğinde yüzeyinde ince, gözeneksiz bir oksit tabakası oluşur. Bu katman, alüminyumu çevre ile daha fazla etkileşimden korur. Oksit tabakası, cıva ile ovmak suretiyle alüminyum yüzeyden çıkarılabilir. Bundan sonra alüminyum, oksijen ve kükürt ve azot gibi diğer metal olmayan maddelerle doğrudan birleşebilir. Oksijen ile etkileşim reaksiyona yol açar

Eloksal. Alüminyum ve hafif alüminyum alaşımları, anotlama adı verilen bir işlemle doğal oksit tabakasının kalınlaştırılmasıyla daha da korunabilir. Bu işlemde, elektrolit olarak kromik asit veya sülfürik asit kullanılan bir elektrolitik hücreye bir alüminyum nesne anot olarak yerleştirilir.

Alüminyum, hidrojen oluşturmak için sıcak seyreltik hidroklorik ve sülfürik asitlerle reaksiyona girer:

İlk başta, bu reaksiyon bir oksit tabakasının varlığından dolayı yavaş ilerler. Ancak uzaklaştırıldıkça reaksiyon daha yoğun hale gelir.

Konsantre ve seyreltik nitrik asit ile konsantre sülfürik asit alüminyumu pasif hale getirir. Bu, söz konusu asitlerle reaksiyona girmediği anlamına gelir. Bu pasiflik, alüminyum yüzeyinde ince bir oksit tabakasının oluşmasıyla açıklanmaktadır.

Sodyum hidroksit ve diğer alkalilerin çözeltileri alüminyum ile etkileşime girerek tetrahidroksoalüminat (III) iyonları ve hidrojen oluşturur:

Oksit tabakası yüzeyden çıkarılırsa, alüminyum redoks reaksiyonlarında indirgeyici madde olarak hareket edebilir (bkz. bölüm 10.2). Elektrokimyasal serideki altındaki metalleri çözeltilerinden uzaklaştırır. Örneğin

Alüminyumun indirgeme kabiliyetine iyi bir örnek, alüminotermik reaksiyondur. Toz alüminyum ile alüminyum arasındaki reaksiyona verilen isimdir.

oksit Laboratuvarda, genellikle sigorta olarak bir magnezyum şerit kullanılarak başlatılır. Bu reaksiyon çok hızlı ilerler ve içinde ortaya çıkan demiri eritmek için yeterli olan böyle bir miktarda enerji salınır:

Alüminotermik reaksiyon, alüminotermik kaynak yapmak için kullanılır; örneğin raylar bu şekilde bağlanır.

Alüminyum oksit Alüminyum oksit veya genellikle alümina olarak adlandırılan, hem iyonik hem de kovalent özelliklere sahip bir bileşiktir. Bir erime noktasına sahiptir ve erimiş halde bir elektrolittir. Bu nedenle, genellikle iyonik bir bileşik olarak kabul edilir. Bununla birlikte, katı halde alümina iskeletsel bir kristal yapıya sahiptir.

Korindon. Doğal koşullar altında alüminyum oksitin susuz formları korundum grubunun minerallerini oluşturur. Korindon, alüminanın çok sert kristal bir şeklidir. Sertlikte elmastan sonra ikinci sırada olduğu için aşındırıcı bir malzeme olarak kullanılır. Büyük ve şeffaf, genellikle renkli korindon kristalleri değerli taşlar olarak değerlendirilir. Saf korundum renksizdir, ancak içindeki az miktarda metal oksit safsızlığının varlığı, değerli korundumlara karakteristik bir renk verir. Örneğin, yakut rengi korundumdaki iyonların varlığından, safirlerin rengi ise kobalt iyonlarının varlığından kaynaklanmaktadır.Ametistin menekşe rengi, içindeki bir manganez safsızlığının varlığından kaynaklanmaktadır. . Alüminayı çeşitli metallerin oksitleriyle kaynaştırarak yapay değerli taşlar elde edilebilir (ayrıca bkz. Tablo 14.6 ve 14.7).

Alüminyum oksit suda çözünmez ve amfoteriktir, hem seyreltik asitlerle hem de seyreltik alkalilerle reaksiyona girer. Asitlerle reaksiyon genel denklemle tanımlanır:

Alkalilerle reaksiyon, bir -iyon oluşumuna yol açar:

alüminyum halojenürler. Alüminyum halojenürlerdeki yapı ve kimyasal bağ, Sec. 16.2.

Alüminyum klorür, ısıtılmış alüminyum üzerinden kuru klor veya kuru hidrojen klorür geçirilerek elde edilebilir. Örneğin

Alüminyum florür hariç, diğer tüm alüminyum halojenürler su ile hidrolize edilir:

Bu nedenle, alüminyum halojenürler nemli hava ile temas halinde "duman verir".

alüminyum iyonları. İyonun suda hidratlandığını yukarıda belirtmiştik. Alüminyum tuzları suda çözündüğünde aşağıdaki denge kurulur:

Bu reaksiyonda, su bir proton aldığı için bir baz görevi görür ve hidratlı alüminyum iyonu bir proton bağışladığı için bir asit görevi görür. Bu nedenle alüminyum tuzları asidiktir. eğer

"Alüminyum" metalinin adı Latince "alüminyum" kelimesinden gelir. Söz konusu elementin kimyasal sembolü, Dmitry Ivanovich Mendeleev'in periyodik sisteminde üçüncü grupta yer alan “Al” adının ilk iki harfinden oluşan bir dizidir, atom numarası on üç ve atom kütlesi 26.9815.

Bir elementin temel kimyasal özelliklerine bakalım. Alüminyum hafif, yumuşak beyaz-gümüş bir metaldir. Oldukça hızlı oksitlenir, 2,7 g/cm³ özgül ağırlığa ve 660 santigrat derece erime noktasına sahiptir.

Alüminyum, yerkabuğunda en bol bulunan metaldir ve oksijen ve silikon gibi maddelerden sonra tüm atomların en bol bulunan üçüncü metalidir. Doğada, dikkate alınan kimyasal element, yalnızca bir kararlı nüklid "27 Al" ile temsil edilir. Yapay olarak çeşitli radyoaktif alüminyum izotopları elde edildi, bunlardan en uzun ömürlü olanı "26 Al", yarı ömrü 720 bin yıl kadar.

Yukarıda belirtildiği gibi, alüminyum gezegenimizin yer kabuğunda en yaygın metaldir ve bilinen tüm metaller arasında üçüncü sırada yer almaktadır. kimyasal elementler yerkabuğu. Bu metalin payının, genel olarak tüm yer kabuğunun bileşiminin yaklaşık yüzde sekizini oluşturduğunu belirtmek isterim.

Şu anda, alüminyumun endüstriyel üretimi esas olarak boksit cevheri işlenerek gerçekleştirilmektedir. Her yıl dünya çapında seksen ila doksan milyon ton baksit cevheri çıkarılmaktadır. Dünya üretiminin yüzde otuzundan biraz daha azı Avustralya'dan geliyor ve dünyanın kanıtlanmış boksit cevheri rezervlerinin yüzde on beşi Jamaika'dan geliyor. Mevcut uluslararası alüminyum tüketimi ve üretimi seviyesi korunursa, metalin mevcut kanıtlanmış rezervleri, birkaç yüz yıl boyunca insanlığın ihtiyaçlarını karşılamaya oldukça yeterli olacaktır.

Bugün var olan tüm metalleri düşünürsek, alüminyumun çeşitli endüstrilerde en çok yönlü uygulamaya sahip olduğunu görebiliriz. Alüminyumu metal olarak en çok hangi endüstrilerin kullandığına daha yakından bakalım.

Alüminyum, mühendislik endüstrisinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Uçakların bu metalden yapıldığını herkes bilir, ayrıca metal araba, deniz ve nehir gemilerinin imalatında, diğer makine ve teçhizatın parçalarının imalatında kullanılır.

Kimya endüstrisinde alüminyum sözde indirgeyici ajan olarak kullanılır. İnşaat endüstrisinde, bu metal pencere çerçevelerinin imalatında, ayrıca giriş ve çıkışlarda yaygın olarak kullanılmaktadır. iç kapılar, bitirme elemanları, diğer elemanlar.

Alüminyum ayrıca gıda endüstrisinde ambalaj ürünlerinin imalatında yardımcı malzeme olarak kullanılmaktadır. Diğer şeylerin yanı sıra alüminyum, alüminyum çatal bıçak takımı (kaşıklar, çatallar, mutfak bıçakları) veya gıda depolama ve diğer ürünler için alüminyum folyo gibi ev eşyalarının imalatında yaygın olarak kullanılmaktadır.

Hikaye

"Alüminyum" metalinin adı, Latince "alüminyum" kelimesinden gelen Latince "alüminyum" kelimesinden gelir. Bu yüzden eski zamanlarda, kimyasal formülü KAl (SO 4) 2 12H 2 O olan potasyum ve alüminyum sülfat olan şap adını verdiler. Bu şaplar uzun zamandır derinin işlenmesinde ve işlenmesinde yardımcı olarak ve ayrıca büzücü olarak kullanılır.

Alüminyumun kimyasal aktivitesi yüksektir, bu nedenle saf alüminyumu açıp izole etmek yaklaşık yüz yıl sürmüştür. On sekizinci yüzyılın sonlarında, 1754'te, Alman kimyager A. Marggraf, şaptan katı bir ateşe dayanıklı maddenin, diğer bir deyişle alüminyum oksitin elde edilebileceği sonucuna vardı. Marggraf bunu biraz farklı kelimelerle tanımladı, şaptan “toprak” elde etmenin oldukça mümkün olduğunu söyledi (o zaman buna katı bir refrakter madde dediler). Kısa bir süre sonra, en sıradan kilden tam olarak aynı "toprağın" elde edilebileceği ve bunun sonucunda bu "toprağın" alümina olarak adlandırılmaya başladığı biliniyordu.

Bir metal olarak alüminyum, insanlar sadece 1825'te almayı başardı. Bu alandaki öncü Danimarkalı fizikçi H. K. Oersted'di. AlCl3 maddesini bir potasyum ve cıva alaşımı ile işledi (kimyada bu karışıma sodyum amalgam denir), yani. alüminyum klorür. Böyle bir madde sıradan alüminadan elde edilebilir. Deneyin sonunda, Oersted basitçe cıvanın damıtılmasını gerçekleştirdi, ardından gri bir tonu olan alüminyum tozunu izole etmek mümkün oldu.

Çeyrek yüzyıldan fazla bir süredir, bu yöntem dünyada metalik alüminyum elde etmek için mümkün olan tek yöntemdi, ancak kısa bir süre sonra onu modernize etmek mümkün oldu. 1854'te Fransız kimyager A. E. Saint-Clair Deville, metal olarak alüminyum elde etmek için kendi yöntemini önerdi. Alüminyumu çıkarırken, tamamen yeni bir metal elde etmenin mümkün olduğu metalik sodyum kullandı ve böylece tarihte ilk gerçek metalik alüminyum külçeleri ortaya çıktı. O zamanlar alüminyum çok pahalıydı, bu metal değerli kabul edildi ve ondan çeşitli mücevherler ve pahalı aksesuarlar yapıldı.

Alüminyumun endüstriyel üretimi daha sonra, ancak 19. yüzyılın sonunda başladı. 1886'da Fransız bilim adamı P. Héroux ve Amerikalı bilim adamı C. Hall bağımsız olarak florür ve alüminyum oksit de dahil olmak üzere karmaşık kimyasal karışımların bir eriyiğinin elektrolizi ile metal olarak alüminyum üretimi için endüstriyel bir yöntem geliştirdi ve önerdi. diğer maddeler.

Ancak on dokuzuncu yüzyılın sonunda, alüminyum endüstrisinin tam potansiyeline ulaşmasını sağlamak için elektrik henüz yaygın olarak kullanılmamıştı, çünkü alüminyum üretim süreci çok büyük miktarda elektrik gerektiriyordu. Alüminyumun geniş endüstriyel üretiminde birkaç on yıl boyunca gecikmeye neden olan bu faktördü. Endüstriyel düzeyde, alüminyum ancak yirminci yüzyılda elde edilmeye başlandı.

Anavatanımızda, alüminyum Batı'dan biraz daha sonra çıkarılmaya başlandı. Bu, Stalinist rejim ve Sovyetler Birliği ekonomisinin endüstriyel ilerlemesi sırasında oldu. 14 Mayıs 1932'de SSCB'de ilk kez endüstriyel olarak ilk endüstriyel alüminyum elde edildi. Bu önemli olay, Volkhov hidroelektrik santralinin hemen yanına inşa edilen Volkhov alüminyum fabrikasında gerçekleşti. O zamandan beri, alüminyum dünyanın birçok ülkesinde yaygın olarak üretilmiştir ve çoğu ülkede daha az yaygın olarak kullanılmaktadır. farklı bölgeler modern toplumun yaşamı.

Doğada olmak

Alüminyum gezegenimizdeki en yaygın maddelerden biridir. Bugüne kadar bilinen tüm metaller arasında, yerkabuğunda yer alır, ilk sırada yer alır ve yer kabuğunun tüm kimyasal elementleri arasında üçüncü, sadece oksijen ve silikondan sonra ikinci sıradadır. Alüminyum, yer kabuğunun toplam kütlesinin yaklaşık yüzde 8.8'ini oluşturur.

Yeryüzünde demirin iki katı, bakır, krom, çinko, kurşun ve kalaydan üç yüz elli kat daha fazla alüminyum vardır. Alüminyum, ana kısmı alüminosilikatlar ve kayalar olan çok sayıda çeşitli mineralin bir parçasıdır. Kimyasal bir element olarak alüminyum bileşikleri, kil, bazalt, ayrıca granit, feldispat ve diğer doğal oluşumları içerir.

Alüminyum içeren tüm kaya ve mineral çeşitleriyle, endüstriyel alüminyum üretimi seviyesi için ana hammadde, tortuları çok, çok nadir olan sadece boksittir. sınırları içinde Rusya Federasyonu bu tür mevduatlar sadece Sibirya ve Urallarda bulunabilir. Ayrıca nefelinler ve alunitlerin endüstriyel önemi vardır.

Günümüzde en önemli alüminyum minerali, kimyasal formülü AlO (OH) ve hidroksit olan bazik oksit karışımı olan boksittir, kimyasal formülü Al (OH) 3'tür. En büyük boksit yatakları Avustralya (dünya rezervlerinin yaklaşık %30'u), Jamaika, Brezilya ve Gine gibi ülkelerde bulunmaktadır. Boksitin endüstriyel üretimi dünyanın diğer ülkelerinde de yapılmaktadır.

Alüminyum açısından oldukça zengin olan, kimyasal formülü aşağıdaki gibi olan (Na, K) 2 SO 4 Al 2 (SO 4) 3 4Al (OH) ve ayrıca nefelin kimyasal formülü olan alunit (şap taşı olarak adlandırılır) ( Na, K) 2 O Al 2 O 3 2Si02 . Ancak alüminyum içeren iki yüz elliden fazla mineral bilinmektedir. Bu minerallerin çoğu, gezegenimizin yer kabuğunun büyük ölçüde oluştuğu alüminosilikatlardır. Bu mineraller aşındığında, kimyasal formülü Al 2 O 3 2SiO 2 2H 2 O olan mineral kaolinite dayanan kil oluşur. Kilde genellikle kahverengimsi bir renk veren demir safsızlıkları bulunur, ama bazen kaolin denilen saf beyaz kil. Bu tür kil, çeşitli porselen ürünlerin yanı sıra fayans ürünlerinin imalatında yaygın olarak kullanılmaktadır.

Son derece nadir olan çok sert mineral korundum, sertlikte yalnızca elmastan sonra ikinci sıradadır. Mineral kristal bir oksittir, kimyasal formül Al 2 O 3, genellikle çeşitli renklerde diğer elementlerin safsızlıkları nedeniyle renklendirilir. Demir ve titanyum safsızlıklarının varlığından dolayı rengini alan bu mineralin mavi bir çeşidi vardır; bu iyi bilinen safir değerli taştır. Kırmızı bir kirlilik içeren korindoma yakut denir, bu rengi krom katkısı nedeniyle almıştır. Çeşitli safsızlıklar, sözde asil mineral korindonu yeşil, sarı, mor, turuncu ve diğer çok farklı renkler ve tonlar dahil olmak üzere diğer renklerde renklendirebilir.

Bir eser element olarak alüminyum, gezegenimizin sakinlerinin dokularında bulunabilir: bitkiler ve hayvanlar. Doğada alüminyum konsantresi olan canlılar vardır, metali bazı organlarında biriktirirler. Bu tür organizmalar, kulüp yosunlarını ve bazı yumuşakçaları içerir.

Başvuru

Alüminyum ve alaşımları, yalnızca demir ve alaşımlarından sonra ikinci sıradadır. Alüminyumun çeşitli alanlarda yaygın kullanımı, büyük ölçüde benzersiz özelliklerinden kaynaklanmaktadır: düşük yoğunluk, havada korozyon direnci, yüksek elektriksel ve termal iletkenlik ve nispeten yüksek mukavemet. Alüminyumun işlenmesi kolaydır: damgalama, dövme, haddeleme vb.

Alüminyumun elektrik iletkenliği oldukça yüksektir (bakırın elektrik iletkenliğinin %65,5'i) yüksek mukavemetlidir, bu nedenle ambalaj için tel ve folyo yapmak için saf alüminyum kullanılır. Ancak alüminyumun ana kısmı alaşım üretimi için harcanmaktadır. Alüminyum alaşımları yüksek yoğunluğa, iyi korozyon direncine, termal ve elektriksel iletkenliğe, sünekliğe, ısı direncine sahiptir. Bu tür alaşımların yüzeyine dekoratif veya koruyucu kaplamalar kolaylıkla uygulanabilir.

Alüminyum alaşımlarının çeşitliliği, onunla birlikte intermetalik bileşikler veya çözeltiler oluşturan çeşitli katkı maddelerinden kaynaklanmaktadır. Alüminyumun ana kısmı hafif alaşımların imalatında kullanılır: silümin, duralumin, vb. Sertleştikten sonra, böyle bir alaşım saf alüminyumdan yaklaşık 7 kat daha güçlü ve demirden üç kat daha hafif hale gelir. Alüminyumun bakır, magnezyum, manganez, silikon ve demir ile alaşımlanmasıyla üretilir.

Siluminler yaygın olarak kullanılmaktadır, yani. silikon-alüminyum alaşımları. Isıya dayanıklı ve kriyojenik alaşımlar da üretilmektedir. Alüminyum alaşımlarının olağanüstü hafifliği ve sağlamlığı, uçak imalatında çok faydalıdır. Örneğin, helikopter pervaneleri, magnezyum ve silikon içeren bir alüminyum alaşımından yapılır. Alüminyum bronz (%11 alüminyum) sadece deniz suyu, ama aynı zamanda içinde hidroklorik asit. Sovyetler Birliği'nde 26 ila 57 yıl. böyle bir alaşımdan madeni paralar 1 ila 5 kopek arasında para basıldı. Metalurjide, alüminyum, alaşımlar için bir baz olarak ve ayrıca magnezyum, demir, bakır, nikel vb. Bazlı alaşımlarda bir alaşım katkı maddesi olarak kullanılır.

Alüminyum alaşımları günlük yaşamda, mimaride ve inşaatta, gemi yapımında, otomotivde, uzay ve havacılık teknolojisinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Dünyadaki ilk yapay uydu bir alüminyum alaşımından yapılmıştır. Zirkaloy - bir alüminyum zirkonyum alaşımı - nükleer roket biliminde yaygın olarak kullanılmaktadır. Alüminyum ayrıca patlayıcıların imalatında da kullanılmaktadır. TNT ve alüminyum tozunun döküm karışımı, yani. alumotol, en güçlü endüstriyel patlayıcılardan biridir. Yangın çıkarıcı bileşimler, alüminyuma ek olarak, oksitleyici bir madde, perklorat, nitrat içerir. Zvezdochka'nın piroteknik bileşimi ayrıca alüminyum içerir. termit, yani rayları kaynaklamak için yanıcı mühimmatta çeşitli alaşımlar ve metaller elde etmek için kullanılan alüminyum tozunun diğer metallerin oksitleri ile karışımı.

Elektrokimyasal bir yöntemle elde edilen metal yüzeyde alüminyum oksit filminin renklendirilme olasılığını belirtmekte fayda var. Bu tür alüminyuma anodize denir. Eloksallı alüminyum altın gibi görünür ve mücevher üretimi için bir malzeme görevi görür.

Alüminyum ürünleri günlük yaşamda kullanırken, yalnızca su gibi nötr asitli sıvıların alüminyum kaplarda saklanabileceğini veya içinde ısıtılabileceğini anlamalısınız. Ekşi lahana çorbasını alüminyum bir tavada pişirirseniz, yemek hoş olmayan bir metalik tat alır. Bu nedenle alüminyum tencere kullanılması tavsiye edilmez.

Dünyada üretilen tüm alüminyumun yaklaşık dörtte biri inşaata, aynı miktar nakliye mühendisliğine, yaklaşık %15'i ambalaj malzemelerinin imalatına ve onda biri de radyo elektroniğine harcanıyor.

Üretme

Charles Martin Hall, 1886'da modern alüminyum üretim yöntemini keşfetti. 16 yaşındayken, öğretmeni F.F. Jewett'in alüminyum üretmenin ucuz bir yolunu bulan bir kişinin sadece çılgınca zengin olmakla kalmayıp aynı zamanda tüm insanlığa büyük bir hizmet yapacağını söylediğini duydu. Jewett öğrencilerine küçük bir kanatlı metal örneği gösterdi, ardından Charles Martin Hall onu elde etmenin bir yolunu bulacağını açıkladı.

Hall, altı yıl boyunca alüminyumla çalıştı, her yolu denedi, ancak boşuna. Sonunda elektroliz kullanmaya karar verdi. O zamanlar elektrik santralleri yoktu, bu nedenle elektrik akımı, sülfürik ve nitrik asitli devasa kömür-çinko pillerden elde edildi. Hall, ahırına küçük bir laboratuvar kurdu. Kız kardeşi Julia, erkek kardeşine mümkün olan her şekilde yardım etti, keşfin günden güne izlenebilmesi sayesinde tüm notlarını kaydetmeyi başardı.

İşin en zor kısmı elektrolit seçiminin yanı sıra alüminyumun oksidasyondan korunmasıydı. Altı aylık yorucu bir çalışmanın ardından nihayet birkaç metal top elde etmeyi başardılar. Duyguların etkisiyle Hall hemen eski öğretmenine koştu ve ona "Anladım!" yazan gümüş topları gösterdi. Bu olay 23 Şubat 1886'da gerçekleşti. Ne kadar tuhaf görünse de, bu tarihten iki ay sonra Fransız Paul Heru buluş için bir patent aldı. Aslında, birbirlerinden bağımsız olarak neredeyse aynı anda alüminyum üretmek için bir yöntem keşfettiler. İlginçtir ki, bu bilim adamlarının doğum ve ölüm yılları da örtüşmektedir.

Hall'un üretmeyi başardığı ilk on top, Amerikan Alüminyum Şirketi tarafından Pittsburgh'da tutuluyor. Bu öğe ulusal bir kalıntı olarak kabul edilir. Pittsburgh Koleji'nde salonda alüminyumdan yapılmış bir anıt var.

21 yaşındaki bilim adamı, öğretmeni tarafından tahmin edildiği gibi dünya çapında tanınırlık kazandı, ünlü ve zengin bir adam oldu. Onunla her şey yolundaydı, ama kişisel olarak değil. Hall'un nişanlısı, nişanlısının tüm zamanını laboratuvarda geçirmesini ve daha sonra nişanı bırakmasını ve hiç evlenmemesini kabul edemedi. Bundan sonra Hall, hayatının sonuna kadar çalıştığı yerel kolejine döndü. Hall'un kolejinin anne, eş ve çocuklar olduğu söylendi. Charles Martin Hall, yerel kolejine mirasının yarısından fazlasını, yani 5.000.000 $ (o zamanlar sadece kozmik bir miktardı) miras bıraktı. Hall, 51 yaşındayken lösemiden öldü.

Hall ve Eru tarafından geliştirilen yöntem, elde etmeyi mümkün kıldı. büyük miktar elektrik ile alüminyum. Nispeten ucuz bir yöntem kısa sürede endüstriyel düzeye ulaştı. Keşif öncesi ve sonrasında ne kadar alüminyum elde edildiğini karşılaştırırsak her şey hemen netlik kazanacaktır. 1855'ten 1890'a kadar sadece 200 ton metal üretilirken, 1890'dan 1900'e Charles Martin Hall yöntemine göre tüm dünyada 28.000 ton metal alındı. Yirminci yüzyılın 30'lu yıllarının başında, dünya yıllık alüminyum üretimi 300 bin tona ulaştı. Bugün her yıl yaklaşık 15 milyon ton alüminyum üretilmektedir.

Yaklaşık 965 °C sıcaklıkta özel olarak tasarlanmış banyolarda, teknik Al2O3 (alümina çözeltisi) Na3AlF6'da elektrolize tabi tutulur, yani. kısmen sentezlenen veya mineral olarak çıkarılan erimiş kriyolit. Banyonun dibinde sıvı alüminyum (katot) birikir ve yavaş yavaş yanan iç anotlarda oksijen salınır. Voltaj düşük ve yaklaşık 4,5 V ise akım tüketimi yaklaşık 250 bin A olacaktır. 1 ton alüminyum üretmek için 1 gün ve 15 bin kW/saat elektrik gerekir. Karşılaştırma için, bu enerji üç girişli dokuz katlı bir bina için bir aydan fazla bir süre için yeterli olacaktır. Alüminyum üretiminde uçucu bileşikler oluşur, bu nedenle metal üretimi çevreye zararlı bir üretim olarak kabul edilir.

Fiziksel özellikler

Genel fiziksel özellikler açısından alüminyum tipik bir metaldir. Kristal kafesi kübik, yüz merkezlidir. Metal parametresi a 0.40403 nm'dir. Saf haliyle alüminyumun erime noktası 660 santigrat derece, metalin kaynama noktası 2450 santigrat derece, maddenin yoğunluğu metreküp başına 2.6989 gramdır. İncelenen metal için lineer genleşme sıcaklık katsayısı yaklaşık olarak 2.5·10 -5 K -1'dir. Alüminyum, Al 3+ /Al-1.663V olarak gösterilebilen standart bir elektronik potansiyele sahiptir.

Metalin kütlesine dayanarak, alüminyumun gezegendeki en hafif metalik maddelerden biri olduğu söylenebilir. Sadece magnezyum ve berilyum gibi metallerin yanı sıra alkali toprak ve alkali metaller eksi baryumdan daha hafiftir. Alüminyumu eritmek oldukça basittir, bunun için metali 660 santigrat dereceye kadar ısıtmanız gerekir. Örneğin, basit bir ev gaz sobasının sıradan bir brülöründe ince bir alüminyum tel eritilebilir. Ancak kaynama noktasına ulaşmak çok daha zordur, alüminyum ancak 2452 santigrat dereceye ulaştığında kaynamaya başlar.

Elektriksel olarak iletken özellikleri açısından, alüminyum diğer tüm metaller arasında dördüncü sırada yer almaktadır. Bu arada, ilk sırada yer alan gümüşten daha düşüktür ve ayrıca bakır ve altından daha düşüktür. Bu gerçek, geniş bir pratik kullanım büyük ölçüde göreli ucuzluğu nedeniyle metal. Tam olarak aynı sırada, yukarıdaki metallerin termal iletkenliği de değişir. Alüminyumun ısıyı hızlı bir şekilde iletme kabiliyetini pratikte doğrulamak oldukça kolaydır, bunun için sadece bir alüminyum kaşığı sıcak çay veya kahveye batırmanız yeterlidir ve hemen kaşığın ne kadar hızlı ısındığını hissedeceksiniz.

Başka bir nadir ve birçok yönden benzersiz mülk alüminyum onun yansıtma özelliğidir. Pürüzsüz cilalı parlak metal yüzey, ışık ışınlarını mükemmel şekilde yansıtır. Spektrumun görünür bölgesindeki ışığın yüzde sekseninden doksanına kadarını yansıtır, kesin rakam büyük ölçüde dalga boyunun kendisine bağlıdır. Ultraviyole radyasyon alanında, alüminyum genellikle diğer metaller arasında eşit değildir, burada yansıtma yetenekleri benzersizdir. Örneğin, ultraviyole içindeki gümüş çok düşük bir yansıtıcılığa sahiptir. Ancak kızılötesi bölgede alüminyum, yansıtma yeteneklerinde gümüşten daha düşüktür.

Her türlü kirlilikten yoksun saf alüminyum oldukça yumuşak bir metaldir. Aynı bakırdan yaklaşık üç kat daha yumuşak olduğunu belirtmek isterim. Bu nedenle, oldukça kalın alüminyum çubuklar veya şeritler, fazla çaba harcamadan şaşırtıcı derecede kolay bükülür. Ama bu sadece saf haliyle, bilinen onlarca alüminyum alaşımından bazılarında metalin sertliği kat kat hatta onlarca kat artıyor.

Diğer şeylerin yanı sıra alüminyum, aşındırıcı çevresel etkilere karşı çok düşük bir duyarlılığa sahiptir.
Alüminyum ve alaşımları üretim yöntemine göre üç tipe ayrılabilir:

• - deforme olabilir;
• - basınç işlemine tabi tutulmuş;
• - şekilli dökümler şeklinde kullanılan dökümhaneler.

• - termal olarak sertleştirilmemiş;
• - termal olarak sertleştirilmiş.

Alüminyum alaşımları yukarıdaki sınıflandırmalar dışında alaşım sistemlerine göre de ayrılabilir.

Kimyasal özellikler

Alüminyum oldukça aktif bir metaldir. Alüminyumun korozyon önleyici özellikleri, havada oksijenin daha fazla nüfuz etmesini önleyen kalın bir Al 2 O 3 oksit filmi ile kaplanmış olmasından kaynaklanmaktadır. Metal bir nitrik asit konsantresine yerleştirilirse bir film de oluşur.

Alüminyumun oksidasyon durumu özelliği +3'tür. Ancak alüminyum, doldurulmamış 3d ve 3p orbitalleri nedeniyle donör-alıcı bağları da oluşturabilir. Bu nedenle Al3+ gibi bir iyon kompleks oluşumuna yatkındır ve anyonik ve katyonik kompleksler oluşturur: AlF 6 3- , AlCl 4 - , Al(OH) 4 - , Al(OH) 6 3- ve diğerleri. Organik bileşiklerle kompleksler de vardır.

Kimyasal aktivitesine göre alüminyum, magnezyumun hemen arkasındadır. Bu garip görünebilir, çünkü alüminyum ürünler havada veya kaynar suda bozulmaz, demirin aksine alüminyum paslanmaz. Ancak tüm bunlar, koruyucu bir alüminyum oksit kabuğun varlığından kaynaklanmaktadır. Brülör üzerinde 1 mm'ye kadar ince bir metal levhayı ısıtmaya başlarsanız, erir, ancak akmaz çünkü. her zaman oksit kabuğundadır. Ancak alüminyum, bir cıva tuzları çözeltisine daldırılarak elde edilebilecek koruyucu "zırhından" sıyrılırsa, hemen "zayıflığını" göstermeye başlar. Oda sıcaklığında bile su ile kuvvetli bir şekilde reaksiyona girerek hidrojen 2Al + 6H 2 O -> 2Al(OH) 3 + 3H 2 açığa çıkarır. Ve havada, koruyucu bir film içermeyen alüminyum, basitçe 2Al + 3O 2 -> 2Al 2 O 3 tozuna dönüşür. Ezilmiş bir durumda, alüminyum özellikle aktiftir, metal tozu anında yanar. Alüminyum tozu alıp sodyum peroksit ile karıştırırsanız ve ardından su karışımını düşürürseniz, alüminyum kolayca alevlenir ve beyaz bir alevle yanar.

Oksijenle sıkı bağı nedeniyle, alüminyum kelimenin tam anlamıyla oksijeni diğer metallerin oksitlerinden “alabilir”. Örneğin, termit karışımı. Yandığında o kadar çok ısı açığa çıkar ki ortaya çıkan demir 8Al + 3Fe 3 O 4 -> 4Al 2 O 3 + 9Fe erimeye başlar. Bu yöntem, CoO, Fe 2 O 3 , NiO, V 2 O 5 , MoO 3 ve bir dizi başka oksit metallerini geri yükler. Bununla birlikte, aluminotermik oksitler Cr 2 O 3 , Nb 2 O 5 , Ta 2 O 5 , SiO 2 , TiO 2 , ZrO 2 , B 2 O 3 olduğunda, reaksiyon ısısı reaksiyon ürünlerinin erime sıcaklığına ulaşmak için yeterli değildir.

Alüminyum, mineral asitlerde kolayca çözünerek tuzlar oluşturabilir. Nitrik asit konsantresi, metal oksit filminin kalınlaşmasına katkıda bulunur; bu tür bir işlemden sonra alüminyum, hidroklorik asidin etkisine bile tepki vermeyi bırakır. Eloksal yardımı ile metal yüzey üzerinde çeşitli renklerde kolaylıkla boyanabilen kalın bir film oluşturulur.

3CuCl 2 + 2Al -> 2AlCl 3 + 3Cu reaksiyonu oldukça kolaydır, bunun sonucunda çok fazla ısı üretilir, tüm bunlar bakır klorür nedeniyle koruyucu filmin hızlı bir şekilde tahrip olmasından kaynaklanır. Metal alkalilerle kaynaştığında, susuz alüminatlar oluşur: Al 2 O 3 + 2NaOH -> 2NaAlO 2 + H 2 O. Ayrıca yarı değerli bir alüminat Mg (AlO2) 2 vardır, bu bir spinel taş.

Alüminyum halojenlerle şiddetli reaksiyona girer. 1 ml brom koyarsanız ince tel alüminyumdan yapılmış, bir süre sonra parlak bir şekilde yanacaktır. Alüminyum ve iyot tozlarını karıştırırsanız, bir damla su ile reaksiyon başlatılabilir, ardından iyottan parlak bir alev ve mor duman görebilirsiniz. Alüminyum halojenler hidroliz nedeniyle her zaman AlCl 3 + H 2 O -> Al(OH)Cl 2 + HCl asit reaksiyonuna sahiptir.

Azot ile alüminyum sadece 800 ° C sıcaklıkta AlN nitrür oluşumu ile, fosfor ile 500 ° C sıcaklıkta fosfit AlP oluşumu ile reaksiyona girer. Kükürt ile reaksiyon, 200°C'ye ulaşıldığında Al2S3 sülfür oluşumuyla başlar. Boridler AlB2 ve AlB 12, erimiş alüminyuma bor ilave edilerek oluşturulur.

(A l ), ​​​​galyum (Ga ), indiyum (In ) ve talyum (T l ).

Verilen verilerden de anlaşılacağı gibi, tüm bu unsurlar XIX yüzyıl.

Ana alt grubun metallerinin keşfi III gruplar

Bor ametaldir. Alüminyum bir geçiş metalidir, galyum, indiyum ve talyum ise tam metallerdir. Böylece, periyodik sistemin her bir grubunun elementlerinin atom yarıçapındaki bir artışla, basit maddelerin metalik özellikleri artar.

Bu dersimizde alüminyumun özelliklerine daha yakından bakacağız.

1. Alüminyumun D. I. Mendeleev tablosundaki konumu. Atomun yapısı, oksidasyon durumları gösterilmiştir.

Alüminyum eleman şurada bulunur: III grup, ana "A" alt grubu, periyodik sistemin 3. periyodu, seri numarası No. 13, bağıl atom kütlesi Ar (Al ) = 27. Tabloda soldaki komşusu tipik bir metal olan magnezyum ve sağdaki ise artık metal olmayan silikondur. Bu nedenle, alüminyum bazı ara nitelikte özellikler sergilemelidir ve bileşikleri amfoteriktir.

Al +13) 2) 8) 3 , p bir elementtir,

Alüminyum, bileşiklerde +3 oksidasyon durumu sergiler:

Al 0 - 3 e - → Al +3

2. Fiziksel özellikler

Serbest biçimli alüminyum, yüksek termal ve elektrik iletkenliğine sahip gümüşi beyaz bir metaldir.Erime sıcaklığı 650 ° C'dir. Alüminyum düşük yoğunluğa (2,7 g / cm3) sahiptir - demir veya bakırdan yaklaşık üç kat daha az ve aynı zamanda dayanıklı bir metaldir.

3. Doğada olmak

Doğada yaygınlık açısından, kaplar Metaller arasında 1. ve elementler arasında 3. sadece oksijen ve silikondan sonra ikinci. Çeşitli araştırmacılara göre yerkabuğundaki alüminyum içeriğinin yüzdesi, yerkabuğunun kütlesinin %7,45 ila %8,14'ü arasında değişmektedir.

Doğada alüminyum sadece bileşikler halinde bulunur. (mineraller).

Bazıları:

· Boksitler - Al 2 O 3 H 2 O (SiO 2, Fe 2 O 3, CaCO 3 safsızlıkları ile)

· Nefelinler - KNa 3 4

· Alunitler - KAl(SO 4) 2 2Al(OH) 3

· Alümina (kum SiO 2, kireçtaşı CaCO 3, manyezit MgCO 3 ile kaolin karışımları)

· Korindon - Al 2 O 3

· Feldspat (ortoklaz) - K 2 O × Al 2 O 3 × 6SiO 2

· Kaolinit - Al 2 O 3 ×2SiO 2 × 2H 2 O

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

· Beril - 3BeO Al 2 O 3 6SiO 2

4. Alüminyum ve bileşiklerinin kimyasal özellikleri

Alüminyum normal şartlar altında oksijen ile kolayca etkileşir ve üzeri bir oksit film ile kaplanır (mat bir görünüm verir).

OKSİT FİLMİN GÖSTERİMİ

Kalınlığı 0,00001 mm'dir ancak bu sayede alüminyum paslanma yapmaz. Alüminyumun kimyasal özelliklerini incelemek için oksit film çıkarılır. (Zımpara kağıdı kullanarak veya kimyasal olarak: önce oksit filmini çıkarmak için bir alkali çözeltiye indirerek ve daha sonra bir alüminyum-cıva alaşımı - bir amalgam oluşturmak için bir cıva tuzları çözeltisine indirerek).

ben. Basit maddelerle etkileşim

Zaten oda sıcaklığında olan alüminyum, tüm halojenlerle aktif olarak reaksiyona girerek halojenürler oluşturur. Isıtıldığında, bir katalizör varlığında kükürt (200 °C), azot (800 °C), fosfor (500 °C) ve karbon (2000 °C) ile iyot ile etkileşime girer - su:

2A l + 3 S \u003d A l 2 S 3 (alüminyum sülfür),

2A l + N 2 \u003d 2A lN (alüminyum nitrür),

A l + P = A l P (alüminyum fosfit),

4A l + 3C \u003d A l 4 C3 (alüminyum karbür).

2 Al +3 I 2 \u003d 2 A l I 3 (alüminyum iyodür) BİR DENEYİM

Tüm bu bileşikler, alüminyum hidroksit ve buna bağlı olarak hidrojen sülfür, amonyak, fosfin ve metan oluşumu ile tamamen hidrolize edilir:

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

Al 4 C3 + 12H20 \u003d 4Al (OH) 3 + 3CH 4

Talaş veya toz şeklinde havada parlak bir şekilde yanar, serbest bırakır. çok sayıda sıcaklık:

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

ALÜMİNYUMUN HAVADA YANMASI

BİR DENEYİM

II. Karmaşık maddelerle etkileşim

Su ile etkileşim :

2 Al + 6 H20 \u003d 2 Al (OH) 3 +3 H2

oksit filmi olmadan

BİR DENEYİM

Metal oksitlerle etkileşim:

Alüminyum, aktif metallerden biri olduğu için iyi bir indirgeyici ajandır. Alkali toprak metallerinden hemen sonra aktivite serisindedir. Bu yüzden metalleri oksitlerinden geri yükler . Böyle bir reaksiyon - alüminotermi - tungsten, vanadyum vb. gibi saf nadir metalleri elde etmek için kullanılır.

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

Fe 3 O 4 ve Al (toz) termit karışımı da termit kaynağında kullanılmaktadır.

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

asitlerle etkileşim :

Bir sülfürik asit çözeltisi ile: 2 Al + 3 H 2 SO 4 \u003d Al 2 (SO 4) 3 +3 H 2

Soğuk konsantre sülfürik ve azotlu (pasifler) ile reaksiyona girmez. Bu nedenle nitrik asit alüminyum tanklarda taşınır. Alüminyum, ısıtıldığında hidrojen salmadan bu asitleri indirgeyebilir:

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

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

Alkalilerle etkileşim .

2 Al + 2 NaOH + 6 H20 \u003d 2 Na [ Al(OH)4 ] +3H2

BİR DENEYİM

Na[ANCAKben(OH) 4] – sodyum tetrahidroksoalüminat

Kimyager Gorbov'un önerisiyle, Rus-Japon Savaşı bu reaksiyon balonlar için hidrojen üretmek için kullanıldı.

Tuz çözeltileri ile:

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

Alüminyum yüzeyi cıva tuzu ile ovulursa, aşağıdaki reaksiyon meydana gelir:

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

Serbest bırakılan cıva, alüminyumu çözerek bir amalgam oluşturur. .

Çözeltilerde alüminyum iyonlarının tespiti : BİR DENEYİM

5. Alüminyum ve bileşiklerinin uygulanması

Alüminyumun fiziksel ve kimyasal özellikleri, teknolojide yaygın olarak kullanılmasına yol açmıştır. Havacılık endüstrisi, alüminyumun önemli bir tüketicisidir.: 2/3 uçak alüminyum ve alaşımlarından yapılmıştır. Çelikten yapılmış bir uçak çok ağır olurdu ve çok daha az yolcu taşıyabilirdi. Bu nedenle alüminyum kanatlı metal olarak adlandırılır. Kablolar ve teller alüminyumdan yapılmıştır: aynı elektriksel iletkenliğe sahip, kütleleri karşılık gelen bakır ürünlerden 2 kat daha azdır.

Alüminyumun korozyon direnci göz önüne alındığında, nitrik asit için aparat ve kapların parçalarının imalatı. Alüminyum tozu, demir ürünleri korozyondan korumak ve termal ışınları yansıtmak için gümüş boya üretiminin temelidir, bu boya petrol depolama tesislerini ve itfaiyeci kıyafetlerini kaplamak için kullanılır.

Alüminyum oksit, alüminyum üretmek için ve ayrıca bir refrakter malzeme olarak kullanılır.

Alüminyum hidroksit, mide suyunun asitliğini azaltan iyi bilinen Maalox, Almagel ilaçlarının ana bileşenidir.

Alüminyum tuzları güçlü bir şekilde hidrolize edilir. Bu özellik su arıtma sürecinde kullanılır. Oluşan asidi nötralize etmek için saflaştırılacak suya alüminyum sülfat ve az miktarda sönmüş kireç eklenir. Sonuç olarak, çökelerek askıya alınmış bulanıklık ve bakteri parçacıklarını alan hacimsel bir alüminyum hidroksit çökeltisi salınır.

Bu nedenle, alüminyum sülfat bir pıhtılaştırıcıdır.

6. Alüminyum elde etmek

1) Alüminyum üretmek için modern, uygun maliyetli yöntem, 1886'da American Hall ve Fransız Héroux tarafından icat edildi. Erimiş kriyolit içindeki bir alüminyum oksit çözeltisinin elektrolizinden oluşur. Erimiş kriyolit Na3 AlF6, suyun şekeri çözmesi gibi Al 2 O3'ü de çözer. Erimiş kriyolit içindeki bir alüminyum oksit "çözeltisinin" elektrolizi, kriyolit sadece bir çözücü ve alüminyum oksit bir elektrolitmiş gibi ilerler.

2Al 2 O 3 elektrik akımı → 4Al + 3O 2

Erkek ve Kız İngiliz Ansiklopedisi'nde alüminyum hakkında bir makale şu sözlerle başlar: “23 Şubat 1886'da medeniyet tarihinde yeni bir metal çağı başladı - alüminyum çağı. Bu gün, 22 yaşındaki kimyager Charles Hall, elinde bir düzine küçük gümüşi beyaz alüminyum top ile ilk öğretmeninin laboratuvarına geldi ve bu metali üretmenin bir yolunu bulduğu haberini verdi. ucuza ve bol miktarda. Böylece Hall, bilimden büyük bir iş çıkaran bir adam olarak Amerikan alüminyum endüstrisinin kurucusu ve bir Anglo-Sakson ulusal kahramanı oldu.

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

BU İLGİNÇ:

• Metalik alüminyum ilk olarak 1825'te Danimarkalı fizikçi Hans Christian Oersted tarafından izole edildi. Oersted, gaz halindeki kloru kömürle karıştırılmış bir sıcak alümina tabakasından geçirerek en ufak bir nem izi olmadan alüminyum klorürü izole etti. Metalik alüminyumu eski haline getirmek için Oersted'in alüminyum klorürü potasyum amalgam ile işlemesi gerekiyordu. 2 yıl sonra Alman kimyager Friedrich Wöller. Potasyum amalgamı saf potasyumla değiştirerek yöntemi geliştirdi.
• 18. ve 19. yüzyıllarda alüminyum, ana mücevher metaliydi. 1889'da Londra'da D.I. Mendeleev, kimyanın gelişimine yaptığı hizmetler için değerli bir hediye aldı - altın ve alüminyumdan yapılmış teraziler.
• 1855'te Fransız bilim adamı Saint-Clair Deville, endüstriyel ölçekte alüminyum metal üretmek için bir süreç geliştirdi. Ancak yöntem çok pahalıydı. Deville, Fransa İmparatoru III. Napolyon'un özel himayesinden yararlandı. Bağlılığının ve minnettarlığının bir işareti olarak, Deville, Napolyon'un oğlu, yeni doğan prens için, alüminyumdan yapılmış ilk "tüketici ürünü" olan zarif bir şekilde oyulmuş bir çıngırak yaptı. Napolyon, muhafızlarını alüminyum zırhlarla donatmayı bile planladı, ancak fiyatı yasaktı. O zaman, 1 kg alüminyum 1000 mark, yani. Gümüşten 5 kat daha pahalı. Alüminyumun geleneksel metaller kadar değerli hale gelmesi elektrolitik işlemin icadına kadar değildi.
• İnsan vücuduna giren alüminyumun sinir sistemi bozukluğuna neden olduğunu, fazla olduğu zaman metabolizmanın bozulduğunu biliyor muydunuz? Koruyucu maddeler ise C vitamini, kalsiyum, çinko bileşikleridir.
• Alüminyum oksijen ve flor içinde yandığında çok fazla ısı açığa çıkar. Bu nedenle roket yakıtına katkı maddesi olarak kullanılır. Satürn roketi, uçuşu sırasında 36 ton alüminyum tozu yakar. Metalleri roket yakıtının bir bileşeni olarak kullanma fikri ilk olarak F.A. Zander tarafından önerildi.

SİMÜLATÖRLER

1 Numaralı Simülatör - D. I. Mendeleev'in Periyodik element sistemindeki konuma göre alüminyumun özellikleri

Simülatör No. 2 - Alüminyumun basit ve karmaşık maddelerle reaksiyonları için denklemler

Simülatör No. 3 - Alüminyumun kimyasal özellikleri

GÜÇLENDİRME GÖREVLERİ

1. Alüminyum klorürden alüminyum elde etmek için indirgeyici madde olarak kalsiyum metali kullanılabilir. Bu kimyasal reaksiyon için bir denklem yapın, bu işlemi elektronik denge kullanarak karakterize edin.
Düşünmek! Bu reaksiyon neden sulu bir çözelti içinde gerçekleştirilemez?

2. Kimyasal reaksiyonların denklemlerini tamamlayın:
Al + H 2 SO 4 (çözelti ) ->
Al + CuCl 2 ->
Al + HNO3 ( konsantrasyon )-t ->
Al + NaOH + H20 ->

3 numara. Dönüşümleri gerçekleştirin:
Al -> AlCl 3 -> Al -> Al 2 S 3 -> Al(OH) 3 - t -> Al 2 O 3 -> Al

4 numara. Problemi çöz:
Bir alüminyum-bakır alaşımı, ısıtılırken fazla miktarda konsantre sodyum hidroksit çözeltisine maruz bırakıldı. 2,24 litre gaz (b.b.s.) serbest bırakıldı. Toplam kütlesi 10 g ise alaşımın yüzde bileşimini hesaplayın?

Potasyum şap elde etmek

Alüminyum(lat. Alüminyum), - periyodik sistemde, alüminyum üçüncü periyotta, üçüncü grubun ana alt grubundadır. Çekirdek Yükü +13. Atomun elektronik yapısı 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1'dir. Metal atom yarıçapı 0.143 nm, kovalent olan 0.126 nm, Al 3+ iyonunun koşullu yarıçapı 0.057 nm'dir. İyonlaşma enerjisi Al - Al + 5.99 eV.

Alüminyum atomunun en karakteristik oksidasyon durumu +3'tür. Negatif oksidasyon durumu nadirdir. Atomun dış elektron tabakasında serbest d-alt seviyeleri vardır. Bu nedenle bileşiklerdeki koordinasyon sayısı sadece 4 (AlCl 4-, AlH 4-, alüminosilikatlar) değil, aynı zamanda 6 (Al 2 O 3, 3+) olabilir.

Geçmiş referansı. Alüminyum adı lat'den gelir. alümen - yani MÖ 500'de. kumaşların boyanmasında ve derilerin tabaklanmasında mordan olarak kullanılan alüminyum şap denir. 1825'te Danimarkalı bilim adamı H. K. Oersted, susuz AlCl3 üzerinde bir potasyum karışımı ile hareket ederek ve daha sonra cıvayı uzaklaştırarak nispeten saf alüminyum elde etti. Alüminyum üretimi için ilk endüstriyel yöntem 1854 yılında Fransız kimyager A.E. St. Clair Deville: yöntem, alüminyum ve sodyum çift klorür Na3AlCl6'nın sodyum metali ile indirgenmesinden oluşuyordu. Gümüş rengine benzer şekilde, alüminyum ilk başta çok pahalıydı. 1855'ten 1890'a kadar sadece 200 ton alüminyum üretildi. Bir kriyolit-alümina eriyiğinin elektrolizi yoluyla alüminyum üretmenin modern yöntemi, 1886'da ABD'de C. Hall ve Fransa'da P. Héroux tarafından eşzamanlı ve birbirinden bağımsız olarak geliştirilmiştir.

Doğada olmak

Alüminyum yerkabuğunda en bol bulunan metaldir. 5.5-6.6 mol'dür. pay % veya % 8 wt. Ana kütlesi alüminosilikatlarda yoğunlaşmıştır. Oluşturdukları kayaların yok edilmesinin son derece yaygın bir ürünü, ana bileşimi Al 2 O 3 formülüne karşılık gelen kildir. 2SiO2. 2H 2 O. Alüminyumun diğer doğal formlarından boksit Al 2 O 3 en büyük öneme sahiptir. xH 2 O ve mineraller korindon Al 2 O 3 ve kriyolit AlF 3 . 3NaF.

Fiş

Şu anda, alüminyum, erimiş kriyolit içindeki bir alümina Al 2 O 3 çözeltisinin elektrolizi ile endüstride üretilmektedir. Al 2 O 3, safsızlıklar ergitilmiş alüminyumdan büyük zorluklarla uzaklaştırıldığı için yeterince saf olmalıdır. Al 2O3'ün erime sıcaklığı yaklaşık 2050 o C ve kriyolit - 1100 o C'dir. Elektroliz, 960'ta eriyen, ağırlıkça yaklaşık %10 Al203 içeren kriyolit ve Al203'ün erimiş bir karışımına tabi tutulur. o C ve elektriksel iletkenliğe, yoğunluğa ve viskoziteye sahiptir, proses için en uygunudur. AlF 3 , CaF 2 ve MgF 2 eklenerek 950°C'de elektroliz mümkündür.

Alüminyum eritme için elektrolitik hücre, içeriden refrakter tuğlalarla kaplı demir bir kasadır. Sıkıştırılmış kömür bloklarından birleştirilen tabanı (alt), bir katot görevi görür. Anotlar üstte bulunur: bunlar kömür briketleriyle doldurulmuş alüminyum çerçevelerdir.

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

Katotta sıvı alüminyum salınır:

Al 3+ + 3e - \u003d Al

Alüminyum, periyodik olarak serbest bırakıldığı fırının alt kısmında toplanır. Anotta oksijen salınır:

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

Oksijen, grafiti karbon oksitlere oksitler. Karbon yandıkça anot oluşur.

Alüminyum ayrıca birçok alaşıma ısı direnci kazandırmak için alaşım ilavesi olarak kullanılır.

Alüminyumun fiziksel özellikleri. Alüminyum çok değerli bir dizi özelliği bir araya getirir: düşük yoğunluk, yüksek termal ve elektrik iletkenliği, yüksek süneklik ve iyi korozyon direnci. Kolayca dövülebilir, damgalanabilir, haddelenebilir, çizilebilir. Alüminyum, gaz, temas ve diğer kaynak türleri ile iyi bir şekilde kaynaklanır. Alüminyum kafes, a = 4.0413 Å parametresiyle yüz merkezli kübiktir. Tüm metallerde olduğu gibi alüminyumun özellikleri de büyük ölçüde saflığına bağlıdır. Yüksek saflıkta alüminyumun özellikleri (%99,96): yoğunluk (20 °C'de) 2698,9 kg/m3 ; t pl 660.24 °C; t balya yaklaşık 2500 °C; termal genleşme katsayısı (20°'den 100°C'ye kadar) 23.86 10 -6; termal iletkenlik (190 °C'de) 343 W/m K, özgül ısı kapasitesi (100 °C'de) 931,98 J/kg K. ; bakıra göre elektriksel iletkenlik (20 °C'de) %65.5. Alüminyum, düşük mukavemete (çekme mukavemeti 50–60 MN/m2), sertliğe (Brinell'e göre 170 MN/m2) ve yüksek sünekliğe (%50'ye kadar) sahiptir. Soğuk haddeleme sırasında, Alüminyumun çekme mukavemeti 115 MN/m2'ye yükselir, sertlik - 270 MN/m2'ye kadar, bağıl uzama %5'e düşer (1 MN/m2 ~ ve 0.1 kgf/mm2). Alüminyum iyi cilalanmıştır, anotlanmıştır ve gümüşe yakın yüksek bir yansıtma özelliğine sahiptir (gelen ışık enerjisinin %90'ına kadarını yansıtır). Oksijen için yüksek bir afiniteye sahip olan havadaki alüminyum, metali daha fazla oksidasyondan koruyan ve yüksek korozyon önleyici özelliklerini belirleyen ince fakat çok güçlü bir oksit filmi Al 2 O 3 ile kaplanmıştır. Oksit filmin gücü ve koruyucu etkisi, cıva, sodyum, magnezyum, bakır vb. safsızlıkların varlığında büyük ölçüde azalır. Alüminyum, atmosferik korozyona, deniz ve tatlı suya dayanıklıdır, pratik olarak konsantre veya yüksek oranda seyreltilmiş nitrik ile etkileşime girmez. asit, organik asitler, gıda ürünleri.

Kimyasal özellikler

İnce bölünmüş alüminyum ısıtıldığında, havada kuvvetli bir şekilde yanar. Kükürt ile etkileşimi benzer şekilde ilerler. Klor ve brom ile kombinasyon, ısıtıldığında iyot ile normal sıcaklıkta zaten gerçekleşir. Çok yüksek sıcaklıklarda alüminyum da doğrudan nitrojen ve karbon ile birleşir. Aksine hidrojen ile etkileşime girmez.

Alüminyum suya oldukça dayanıklıdır. Ancak oksit filmin koruyucu etkisi mekanik olarak veya birleştirme yoluyla ortadan kaldırılırsa, enerjik bir reaksiyon meydana gelir:

Çok seyreltik ve ayrıca çok konsantre HNO3 ve H2SO4, alüminyum üzerinde (soğukta) hemen hemen hiçbir etkiye sahip değildir, bu asitlerin orta konsantrasyonlarında ise yavaş yavaş çözülür. Saf alüminyum, hidroklorik aside göre oldukça kararlıdır, ancak olağan teknik metal içinde çözülür.

Alkali sulu çözeltilerin alüminyum üzerindeki etkisi altında, oksit tabakası çözülür ve alüminatlar oluşur - anyonun bileşiminde alüminyum içeren tuzlar:

Al203 + 2NaOH + 3H20 \u003d 2Na

Koruyucu bir filmden yoksun olan alüminyum, suyla etkileşime girerek hidrojeni ondan uzaklaştırır:

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

Elde edilen alüminyum hidroksit, fazla miktarda alkali ile reaksiyona girerek hidroksoalüminat oluşturur:

Al(OH)3 + NaOH = Na

Sulu bir alkali çözeltisinde alüminyumun çözünmesi için genel denklem:

2Al + 2NaOH + 6H20 = 2Na + 3H2

Alüminyum, hidrolizleri nedeniyle asidik veya alkali reaksiyona sahip tuz çözeltilerinde, örneğin bir Na2C03 çözeltisinde belirgin şekilde çözünür.

Bir dizi gerilmede Mg ve Zn arasında yer alır. Tüm kararlı bileşiklerinde alüminyum üç değerlidir.

Alüminyumun oksijenle kombinasyonuna, diğer birçok metalden çok daha büyük olan muazzam bir ısı salınımı (1676 kJ/mol Al 2 O 3) eşlik eder. Bunun ışığında, karşılık gelen metalin bir oksit karışımı ile alüminyum tozu ısıtıldığında, alınan oksitten serbest metalin salınmasına yol açan şiddetli bir reaksiyon meydana gelir. Al (alüminyum) ile indirgeme yöntemi genellikle bir dizi elementi (Cr, Mn, V, W, vb.) serbest halde elde etmek için kullanılır.

Alüminotermi bazen tek tek çelik parçaların, özellikle tramvay raylarının birleşim yerlerinin kaynaklanması için kullanılır. Kullanılan karışım ("termit") genellikle alüminyum ve Fe3O4'ün ince tozlarından oluşur. Al ve BaO 2 karışımından bir sigorta ile ateşlenir. Ana reaksiyon denkleme göre gider:

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

Ayrıca sıcaklık 3000 o C civarında gelişir.

Alüminyum oksit beyaz, çok refrakter (en 2050 o C) ve suda çözünmeyen bir kütledir. Doğal Al 2 O 3 (korindon minerali) ve ayrıca yapay olarak elde edilmiş ve daha sonra güçlü bir şekilde kalsine edilmiş, asitlerde yüksek sertlik ve çözünmezlik ile ayırt edilir. Al203 (alümina olarak adlandırılır), alkalilerle füzyon yoluyla çözünür bir duruma dönüştürülebilir.

Normalde demir oksitle kontamine olan doğal korindon, aşırı sertliği nedeniyle taşlama çarkları, çubuklar vb. imalatında kullanılır. İnce kırılmış halde zımpara olarak adlandırılır ve metal yüzeyleri temizlemek ve zımpara yapmak için kullanılır. Aynı amaçlar için, boksitin (teknik isim - alund) kaynaştırılmasıyla elde edilen Al 2 O 3 sıklıkla kullanılır.

Şeffaf renkli korindon kristalleri - kırmızı yakut - krom karışımı - ve mavi safir - titanyum ve demir karışımı - değerli taşlar. Ayrıca yapay olarak elde edilirler ve örneğin hassas alet parçalarının, saatlerdeki taşların vb. imalatında teknik amaçlar için kullanılırlar. Küçük bir Cr 2 O 3 safsızlığı içeren yakut kristalleri, kuantum jeneratörleri olarak kullanılır - yönlendirilmiş bir monokromatik radyasyon ışını oluşturan lazerler.

Al 2 O 3'ün suda çözünmemesi nedeniyle, bu okside karşılık gelen hidroksit Al(OH) 3, yalnızca dolaylı olarak tuzlardan elde edilebilir. Hidroksit üretimi aşağıdaki şema olarak gösterilebilir. Alkalilerin etkisi altında, OH iyonları aquokomplekslerde kademeli olarak 3+ su molekülünün yerini alır:

3+ + OH - \u003d 2+ + H20

2+ + OH - = + + H20

OH - \u003d 0 + H20

Al(OH) 3 hacimli jelatinimsi bir çökeltidir Beyaz renk, pratikte suda çözünmez, ancak asitlerde ve güçlü alkalilerde kolayca çözünür. Bu nedenle amfoterik bir karaktere sahiptir. Bununla birlikte, bazik ve özellikle asidik özellikleri oldukça zayıf bir şekilde ifade edilir. NH40H'den fazla olduğunda, alüminyum hidroksit çözünmez. Susuzlaştırılmış hidroksitin bir formu olan alüminyum jel, mühendislikte adsorban olarak kullanılır.

Güçlü alkalilerle etkileşime girdiğinde karşılık gelen alüminatlar oluşur:

NaOH + Al(OH) 3 = Na

En aktif monovalent metallerin alüminatları suda yüksek oranda çözünür, ancak güçlü hidroliz nedeniyle çözeltileri yalnızca yeterli miktarda alkali varlığında stabildir. Daha zayıf bazlardan üretilen alüminatlar çözelti içinde neredeyse tamamen hidrolize edilir ve bu nedenle sadece kuru bir şekilde elde edilebilir (Al203'ü karşılık gelen metallerin oksitleriyle alaşımlayarak). Bileşimlerinde metaalüminyum asit HAIO2'den üretilen metaalüminatlar oluşur. Çoğu suda çözünmez.

Al(OH)3 asitlerle tuzlar oluşturur. En güçlü asitlerin türevleri suda oldukça çözünür, ancak daha çok hidrolize olurlar ve bu nedenle çözeltileri asidik bir reaksiyon gösterir. Çözünür alüminyum tuzları ve zayıf asitler daha da güçlü bir şekilde hidrolize edilir. Hidroliz nedeniyle sulu çözeltilerden sülfür, karbonat, siyanür ve diğer bazı alüminyum tuzları elde edilemez.

Sulu bir ortamda Al 3+ anyonu doğrudan altı su molekülü ile çevrilidir. Böyle bir hidratlı iyon, şemaya göre bir şekilde ayrışır:

3+ + H20 \u003d 2+ + OH 3 +

Ayrışma sabiti 1'dir. 10 -5 yani zayıf bir asittir (güç olarak asetik aside benzer). Al 3+'nın altı su molekülü ile oktahedral ortamı, bir dizi alüminyum tuzunun kristalli hidratlarında da korunur.

Alüminosilikatlar, silikon-oksijen tetrahedra SiO 4 4'ün bir kısmının alüminyum-oksijen tetrahedra AlO 4 ile değiştirildiği silikatlar olarak düşünülebilir. yer kabuğu. Başlıca temsilcileri minerallerdir.

ortoklaz K 2 Al 2 Si 6 O 16 veya K 2 O . Al2O3. 6SiO2

albit Na 2 Al 2 Si 6 O 16 veya Na 2 O . Al2O3. 6SiO2

anortit CaAl 2 Si 2 O 8 veya CaO. Al2O3. 2SiO2

Mika grubuna ait mineraller çok yaygındır, örneğin muskovit Kal 2 (AlSi 3 O 10) (OH) 2. Büyük pratik önemi, alümina, soda ürünleri ve çimento elde etmek için kullanılan mineral nefelin (Na, K) 2'dir. Bu üretim aşağıdaki işlemlerden oluşur: a) nefelin ve kalker 1200°C'de tüp fırınlarda sinterlenir:

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

b) elde edilen kütle su ile süzülür - bir sodyum ve potasyum alüminat çözeltisi ve CaSiO 3 çamuru oluşur:

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

c) Sinterleme sırasında oluşan CO2, bir alüminat çözeltisinden geçirilir:

Na + K + 2CO 2 = NaHC03 + KHC03 + 2Al(OH) 3

d) Al (OH) 3 alüminanın ısıtılmasıyla elde edilir:

2Al(OH) 3 \u003d Al203 + 3H2O

e) Ana likörün buharlaştırılmasıyla soda ve potage izole edilir ve daha önce elde edilen çamur çimento üretiminde kullanılır.

1 t Al 2 O 3 üretiminde 1 t soda ürünü ve 7.5 t çimento elde edilmektedir.

Bazı alüminosilikatlar gevşek bir yapıya sahiptir ve iyon değişimi yapabilirler. Bu tür silikatlar - doğal ve özellikle yapay - suyu yumuşatmak için kullanılır. Ayrıca oldukça gelişmiş yüzeyleri nedeniyle katalizör taşıyıcı olarak kullanılırlar, yani. bir katalizör ile emprenye edilmiş malzemeler olarak.

Normal koşullar altında alüminyum halojenürler renksiz kristal maddelerdir. Alüminyum halojenürler serisinde, AlF 3, analoglarından özelliklerde büyük ölçüde farklıdır. Ateşe dayanıklıdır, suda az çözünür, kimyasal olarak aktif değildir. AlF 3 elde etmenin ana yöntemi, susuz HF'nin Al203 veya Al üzerindeki etkisine dayanır:

Al 2 O 3 + 6HF = 2AlF 3 + 3H 2 O

Klor, brom ve iyotlu alüminyum bileşikleri eriyebilir, yüksek oranda reaktiftir ve yalnızca suda değil, aynı zamanda birçok organik çözücüde de yüksek oranda çözünür. Alüminyum halojenürlerin su ile etkileşimine, önemli bir ısı salınımı eşlik eder. Sulu bir çözeltide, hepsi yüksek oranda hidrolize olurlar, ancak tipik metal olmayan asit halojenürlerin aksine, hidrolizleri eksiktir ve tersine çevrilebilir. Halihazırda normal koşullar altında belirgin şekilde uçucu olan AlCl 3 , AlBr 3 ve AlI 3 nemli havada (hidroliz nedeniyle) duman çıkar. Basit maddelerin doğrudan etkileşimi ile elde edilebilirler.

AlCl3, AlBr3 ve AlI3'ün nispeten düşük sıcaklıklardaki buhar yoğunlukları, aşağı yukarı tam olarak iki katına çıkan formüllere -Al2Hal6- tekabül eder. Bu moleküllerin uzaysal yapısı, ortak bir kenarı olan iki tetrahedraya karşılık gelir. Her bir alüminyum atomu, dört halojen atomuna bağlıdır ve merkezi halojen atomlarının her biri, her iki alüminyum atomuna da bağlıdır. Merkezi halojen atomunun iki bağından biri, alıcı olarak alüminyum işlev gören verici-alıcıdır.

Bir dizi tek değerli metalin halojenür tuzları ile alüminyum halojenürler, esas olarak M3 ve M tiplerinden (Hal'in klor, brom veya iyot olduğu) karmaşık bileşikler oluşturur. Ekleme reaksiyonlarına eğilim genellikle söz konusu halojenürlerde güçlü bir şekilde telaffuz edilir. AlCl3'ün katalizör olarak en önemli teknik uygulamasının nedeni budur (petrol rafinasyonunda ve organik sentezlerde).

Floroalüminatlar arasında, kriyolit Na 3 en büyük uygulamaya sahiptir (Al, F 2 , emayeler, cam, vb. elde etmek için). Yapay kriyolitin endüstriyel üretimi, alüminyum hidroksitin hidroflorik asit ve soda ile işlenmesine dayanmaktadır:

2Al(OH) 3 + 12HF + 3Na 2CO3 = 2Na 3 + 3CO 2 + 9H 2 O

Kloro-, bromo- ve iyodoalüminatlar, alüminyum trihalojenürlerin karşılık gelen metallerin halojenürleri ile kaynaştırılmasıyla elde edilir.

Alüminyum, hidrojen ile kimyasal olarak reaksiyona girmese de, dolaylı olarak alüminyum hidrit elde edilebilir. Beyaz amorf bir bileşim kütlesidir (AlH 3) n . 105 ° C'nin üzerinde ısıtıldığında hidrojen salınımı ile ayrışır.

AlH3, bir eter çözeltisinde bazik hidritlerle etkileşime girdiğinde, hidroalüminatlar oluşur:

LiH + AlH3 = Li

Hidridoalüminatlar beyaz katılardır. Su ile hızla ayrışır. Güçlü restoratörlerdir. Organik sentezde kullanılır (özellikle Li).

Alüminyum sülfat Al 2 (SO 4) 3. 18H 2 O, sıcak sülfürik asidin alüminyum oksit veya kaolin üzerindeki etkisiyle elde edilir. Suyu arıtmak için ve ayrıca bazı kağıt türlerinin hazırlanmasında kullanılır.

Potasyum şap KAl(SO 4) 2 . 12H 2 O, deri tabaklamada ve ayrıca pamuklu kumaşlar için mordan olarak boyamada büyük miktarlarda kullanılır. İkinci durumda, şapın etkisi, hidrolizlerinin bir sonucu olarak oluşan alüminyum hidroksitin kumaş liflerinde ince bir şekilde dağılmış halde birikmesi ve boyayı adsorbe ederek onu lif üzerinde sıkıca tutması gerçeğine dayanır.

Diğer alüminyum türevlerinden, kumaşların boyanmasında (mordan olarak) ve tıpta (losyonlar ve kompresler) kullanılan asetatından (aksi takdirde asetik asit tuzu) Al(CH3COO) 3 bahsedilmelidir. Alüminyum nitrat suda kolayca çözünür. Alüminyum fosfat suda ve asetik asitte çözünmez, ancak güçlü asitlerde ve alkalilerde çözünür.

gövdedeki alüminyum. Alüminyum, hayvanların ve bitkilerin dokularının bir parçasıdır; memelilerin organlarında %10-3 ila %10-5 arasında alüminyum (ham madde başına) bulunmuştur. Alüminyum karaciğer, pankreas ve tiroid bezleri. Bitkisel ürünlerde, alüminyum içeriği 1 kg kuru madde (patates) başına 4 mg ila 46 mg (sarı şalgam), hayvansal ürünlerde - 4 mg (bal) ila 1 kg kuru madde (sığır eti) başına 72 mg arasında değişmektedir. . Günlük insan diyetinde alüminyum içeriği 35-40 mg'a ulaşır. Organizmalar bilinmektedir - alüminyum yoğunlaştırıcılar, örneğin, külde% 5,3'e kadar alüminyum içeren kulüp yosunları (Lycopodiaceae), küllerde% 0,2-0,8 alüminyum içeren yumuşakçalar (Helix ve Lithorina). Fosfatlarla çözünmeyen bileşikler oluşturan alüminyum, bitkilerin (kökler tarafından fosfat emilimi) ve hayvanların (bağırsaklarda fosfat emilimi) beslenmesini bozar.

alüminyum jeokimyası. Alüminyumun jeokimyasal özellikleri, oksijen için yüksek afinitesi (minerallerde, alüminyum oksijen oktahedronları ve tetrahedralarına dahildir), sabit değerliliği (3) ve çoğu doğal bileşiğin düşük çözünürlüğü ile belirlenir. Magmanın katılaşması ve magmatik kayaların oluşumu sırasında endojen süreçlerde alüminyum, feldispatların, mikaların ve diğer minerallerin - alüminosilikatların kristal kafesine girer. Biyosferde alüminyum zayıf bir göçmendir; organizmalarda ve hidrosferde kıttır. Bol bitki örtüsünün çürüyen kalıntılarının çok sayıda organik asit oluşturduğu nemli bir iklimde, alüminyum topraklarda ve sularda organomineral kolloidal bileşikler şeklinde göç eder; alüminyum kolloidler tarafından adsorbe edilir ve toprağın alt kısımlarında çökelir. Alüminyum ve silikon arasındaki bağ kısmen kırılır ve tropik bölgelerde mineraller oluşur - alüminyum hidroksitler - boehmit, diaspor, hidrargillit. Alüminyumun çoğu alüminosilikatların bir parçasıdır - kaolinit, beidelit ve diğer kil mineralleri. Zayıf hareketlilik, nemli tropiklerin ayrışma kabuğunda kalan alüminyum birikimini belirler. Sonuç olarak, eluviyal boksitler oluşur. Geçmiş jeolojik dönemlerde, boksitler ayrıca göllerde ve tropikal bölgelerin denizlerinin kıyı bölgelerinde (örneğin, Kazakistan'ın tortul boksitleri) birikmiştir. Canlı maddenin az olduğu, suların nötr ve alkali olduğu bozkır ve çöllerde alüminyum neredeyse göç etmez. Alüminyumun göçü, yüksek asitli nehir ve alüminyumca zengin yeraltı sularının gözlendiği volkanik alanlarda en şiddetlidir. Asitli suların alkali - deniz (nehirlerin ve diğerlerinin ağızlarında) ile yer değiştirdiği yerlerde, boksit birikintilerinin oluşumu ile alüminyum biriktirilir.

Alüminyum Uygulaması. Alüminyumun fiziksel, mekanik ve kimyasal özelliklerinin kombinasyonu, teknolojinin hemen hemen tüm alanlarında, özellikle diğer metallerle alaşımları biçiminde geniş uygulamasını belirler. Elektrik mühendisliğinde Alüminyum, özellikle büyük iletkenlerin üretiminde, örneğin havai hatlarda, yüksek voltajlı kablolarda, şalt baralarında, transformatörlerde bakırın yerini başarıyla alır (Alüminyum'un elektrik iletkenliği, bakırın elektrik iletkenliğinin %65.5'ine ulaşır ve bakırdan üç kat daha hafiftir; aynı iletkenliği sağlayan bir kesit ile alüminyum tellerin kütlesi bakır tellerinkinin yarısı kadardır). Ultra saf Alüminyum, çalışması alüminyum oksit filmin elektrik akımını sadece bir yönde iletme kabiliyetine dayanan elektrik kapasitörlerinin ve doğrultucuların üretiminde kullanılır. Bölge eritme ile saflaştırılan ultra saf alüminyum, yarı iletken cihazların üretiminde kullanılan A III B V tipi yarı iletken bileşiklerin sentezi için kullanılır. Saf Alüminyum çeşitli ayna reflektörlerinin üretiminde kullanılmaktadır. Metal yüzeyleri atmosferik korozyondan (kaplama, alüminyum boya) korumak için yüksek saflıkta alüminyum kullanılır. Nispeten düşük bir nötron absorpsiyon kesitine sahip olan alüminyum, nükleer reaktörlerde yapısal bir malzeme olarak kullanılır.

Büyük kapasiteli alüminyum tanklar, sıvı gazları (metan, oksijen, hidrojen vb.), nitrik ve asetik asitleri, saf suyu, hidrojen peroksiti ve yemeklik yağları depolar ve taşır. Alüminyum, ekipman ve aparatlarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Gıda endüstrisi, gıda ambalajı için (folyo şeklinde), çeşitli ev ürünlerinin üretimi için. Bitirme binaları, mimari, ulaşım ve spor tesisleri için alüminyum tüketiminde keskin bir artış oldu.

Metalurjide, alüminyum (ona dayalı alaşımların yanı sıra), Cu, Mg, Ti, Ni, Zn ve Fe bazlı alaşımlarda en yaygın alaşım katkı maddelerinden biridir. Alüminyum ayrıca çeliği bir kalıba dökmeden önce deokside etmek için ve ayrıca alüminotermi ile belirli metallerin elde edilmesi süreçlerinde kullanılır. Alüminyum temelinde SAP (sinterlenmiş alüminyum tozu), 300 ° C'nin üzerindeki sıcaklıklarda yüksek ısı direncine sahip toz metalurjisi ile oluşturulmuştur.

Alüminyum, patlayıcıların (amonal, alumotol) üretiminde kullanılmaktadır. Yaygın olarak kullanılan çeşitli bağlantılar alüminyum.

Alüminyum üretimi ve tüketimi sürekli büyümekte ve büyüme oranları açısından çelik, bakır, kurşun ve çinko üretimini önemli ölçüde geride bırakmaktadır.

kullanılmış literatür listesi

1. V.A. Rabinovich, Z.Ya. Khavin "Özlü Kimyasal Referans"

2. L.S. Guzey "Genel Kimya Dersleri"

3. N.S. Akhmetov "Genel ve inorganik kimya"

4. B.V. Nekrasov "Genel Kimya Ders Kitabı"

5. N.L. Glinka "Genel Kimya"

Yerkabuğunda çok fazla alüminyum var: ağırlıkça %8,6. Tüm metaller arasında birinci, diğer elementler arasında (oksijen ve silikondan sonra) üçüncü sırada yer alır. Demirin iki katı kadar alüminyum ve bakır, çinko, krom, kalay ve kurşunun 350 katı kadar alüminyum var! 100 yılı aşkın bir süre önce klasik ders kitabında yazdığı gibi Kimyanın Temelleri D.I. Mendeleev, tüm metaller arasında “alüminyum doğada en yaygın olanıdır; alüminyumun yerkabuğundaki genel dağılımının net olması için kilin bir parçası olduğunu belirtmek yeterlidir. Alüminyum veya şap metali (alümen), bu nedenle kilde bulunan kil olarak adlandırılır.

En önemli alüminyum minerali, bazik oksit AlO(OH) ve hidroksit Al(OH) 3'ün bir karışımı olan boksittir. En büyük boksit yatakları Avustralya, Brezilya, Gine ve Jamaika'dadır; sanayi üretimi başka ülkelerde de yapılmaktadır. Alunit (şap taşı) (Na, K) 2 SO 4 Al 2 (SO 4) 3 4Al (OH) 3, nefelin (Na, K) 2 O Al 2 O 3 2SiO 2 alüminyum açısından da zengindir. Toplamda, alüminyum içeren 250'den fazla mineral bilinmektedir; çoğu, yer kabuğunun esas olarak oluştuğu alüminosilikatlardır. Yıprandıklarında, temeli mineral kaolinit Al 2 O 3 2SiO 2 2H 2 O olan kil oluşur. Demir safsızlıkları genellikle kili kahverengi renklendirir, ancak porselen yapmak için kullanılan beyaz kil - kaolin de vardır. ve fayans ürünleri.

Nadiren, son derece sert (sadece elmastan ikinci) mineral korindon bulunur - genellikle farklı renklerde safsızlıklarla renklendirilmiş, Al203 kristalli bir oksit. Mavi çeşidine (titan ve demir karışımı) safir, kırmızı çeşidine (krom karışımı) yakut denir. Çeşitli safsızlıklar, sözde asil korundumu yeşil, sarı, turuncu, mor ve diğer renk ve tonlarda renklendirebilir.

Yakın zamana kadar, çok aktif bir metal olarak alüminyumun doğada serbest halde bulunamayacağına inanılıyordu, ancak 1978'de Sibirya Platformunun kayalarında doğal alüminyum keşfedildi - sadece 0,5 mm uzunluğunda bıyık şeklinde (birkaç mikrometre diş kalınlığında). Doğal alüminyum, Kriz ve Bolluk Denizleri bölgelerinden Dünya'ya teslim edilen ay toprağında da bulundu. Metalik alüminyumun gazdan yoğuşma yoluyla oluşturulabileceği varsayılmaktadır. Alüminyum halojenürler - klorür, bromür, florür - ısıtıldığında, az çok kolayca buharlaşabilecekleri bilinmektedir (örneğin, AlCl3 zaten 180 ° C'de süblimleşir). Sıcaklıktaki güçlü bir artışla, alüminyum halojenürler ayrışır ve örneğin AlCl gibi metalin daha düşük değerliliğine sahip bir duruma geçer. Böyle bir bileşik, sıcaklıkta bir düşüş ve oksijen yokluğunda yoğunlaştığında, katı fazda bir orantısızlık reaksiyonu meydana gelir: alüminyum atomlarının bazıları oksitlenir ve olağan üç değerlikli duruma geçer ve bazıları indirgenir. Tek değerli alüminyum sadece metale indirgenebilir: 3AlCl ® 2Al + AlCl 3 . Bu varsayım, doğal alüminyum kristallerinin filamentli şekli tarafından da desteklenir. Tipik olarak, bu yapının kristalleri nedeniyle oluşur hızlı büyüme gaz fazından. Muhtemelen, ay toprağındaki mikroskobik alüminyum külçeler de benzer şekilde oluşmuştur.

Alüminyum adı Latince alümen (cins case aluminis) kelimesinden gelir. Şap olarak adlandırılan, kumaşları boyarken mordan olarak kullanılan çift potasyum-alüminyum sülfat KAl (SO 4) 2 12H 2 O). Latince adı, muhtemelen, Yunan "halme" - tuzlu su, tuzlu su çözeltisine geri döner. İngiltere'de alüminyumun alüminyum olduğu ve ABD'de alüminyum olduğu merak ediliyor.

Kimya üzerine birçok popüler kitapta, adı tarihi korunmayan belirli bir mucidin, MS 14-27'de Roma'yı yöneten imparator Tiberius'a gümüş rengine benzeyen bir metalden yapılmış bir kase getirdiğine dair bir efsane var. daha hafif. Bu hediye efendinin hayatına mal oldu: Tiberius, yeni metalin imparatorluk hazinesindeki gümüşün değerini düşürmesinden korktuğu için onu idam etmesini ve atölyeyi yok etmesini emretti.

Bu efsane, Romalı bir yazar ve bilim adamı olan Yaşlı Pliny'nin bir hikayesine dayanmaktadır. doğal Tarih- eski zamanların doğa bilimleri bilgisinin ansiklopedileri. Pliny'ye göre, yeni metal "kil topraktan" elde edildi. Ancak kil alüminyum içerir.

Modern yazarlar neredeyse her zaman tüm bu hikayenin güzel bir peri masalından başka bir şey olmadığı konusunda çekince yapar. Ve bu şaşırtıcı değil: Kayalardaki alüminyum oksijene son derece güçlü bir şekilde bağlıdır ve onu serbest bırakmak için çok fazla enerji gerekir. Ancak son zamanlarda, antik çağda metalik alüminyum elde etmenin temel olasılığı hakkında yeni veriler ortaya çıktı. Spektral analizle gösterildiği gibi, 3. yüzyılın başında ölen Çinli komutan Zhou-Zhu'nun mezarındaki süslemeler. AD, % 85 alüminyum olan bir alaşımdan yapılmıştır. Eskiler ücretsiz alüminyum elde etmiş olabilir mi? Bilinen tüm yöntemler (elektroliz, metalik sodyum veya potasyum ile indirgeme) otomatik olarak elimine edilir. Doğal alüminyum, örneğin altın, gümüş, bakır külçeleri gibi antik çağda bulunabilir mi? Bu da hariç tutulmuştur: doğal alüminyum, ihmal edilebilir miktarlarda oluşan en nadir mineraldir, bu nedenle eski ustalar bu tür külçeleri doğru miktarda bulamamış ve toplayamamıştır.

Bununla birlikte, Pliny'nin hikayesinin başka bir açıklaması da mümkündür. Alüminyum, sadece elektrik ve alkali metallerin yardımıyla cevherlerden geri kazanılabilir. Eski zamanlardan beri mevcut ve yaygın olarak kullanılan bir indirgeyici ajan vardır - bu, birçok metalin oksitlerinin ısıtıldığında serbest metallere indirgendiği kömürdür. 1970'lerin sonlarında, Alman kimyagerler, antik çağda alüminyumun kömürle indirgenerek yapılıp yapılamayacağını test etmeye karar verdiler. Kömür tozu ve ortak tuz veya potasyum (potasyum karbonat) ile kil karışımını bir pota içinde kırmızı bir sıcaklığa kadar ısıttılar. Sadece antik çağda mevcut olan madde ve yöntemleri kullanmak için deniz suyundan tuz ve bitki külünden potas elde edildi. Bir süre sonra, pota yüzeyinde alüminyum bilyeli cüruf yüzdü! Metalin çıktısı küçüktü, ancak eski metalürjistlerin "20. yüzyılın metalini" bu şekilde elde etmeleri mümkündü.

alüminyum özellikleri.

Saf alüminyumun rengi gümüşe benzer, çok hafif bir metaldir: yoğunluğu sadece 2,7 g / cm3'tür. Alüminyumdan daha hafif olanlar sadece alkali ve toprak alkali metaller (baryum hariç), berilyum ve magnezyumdur. Alüminyumun eritilmesi de kolaydır - 600 ° C'de (ince alüminyum tel sıradan bir mutfak brülöründe eritilebilir), ancak sadece 2452 ° C'de kaynar. Elektrik iletkenliği açısından alüminyum 4. sırada, sadece gümüşten sonra ikinci sırada (ilk sırada), alüminyumun ucuzluğu göz önüne alındığında büyük pratik öneme sahip olan bakır ve altın. Metallerin ısıl iletkenliği aynı sırayla değişir. Bir alüminyum kaşığı sıcak çaya daldırarak alüminyumun yüksek ısı iletkenliğini doğrulamak kolaydır. Ve bu metalin bir diğer dikkat çekici özelliği: pürüzsüz, parlak yüzeyi ışığı mükemmel bir şekilde yansıtır: dalga boyuna bağlı olarak spektrumun görünür bölgesinde %80 ila %93. Ultraviyole bölgesinde, alüminyumun bu açıdan eşiti yoktur ve sadece kırmızı bölgede gümüşten biraz daha düşüktür (ultraviyolede gümüş çok düşük bir yansıtıcılığa sahiptir).

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

Alüminyumun karakteristik oksidasyon durumu +3'tür, ancak doldurulmamış 3'ün varlığından dolayı R- ve 3 d-orbitaller alüminyum atomları ek verici-alıcı bağları oluşturabilir. Bu nedenle, küçük bir yarıçapa sahip Al 3+ iyonu, çeşitli katyonik ve anyonik kompleksler oluşturarak kompleks oluşumuna çok yatkındır: AlCl 4 – , AlF 6 3– , 3+ , Al(OH) 4 – , Al(OH) 6 3 – , AlH 4 – ve diğerleri. Organik bileşiklerle kompleksler de bilinmektedir.

Alüminyumun kimyasal aktivitesi çok yüksektir; elektrot potansiyelleri serisinde, magnezyumun hemen arkasındadır. İlk bakışta, böyle bir ifade garip görünebilir: sonuçta, bir alüminyum tava veya kaşık havada oldukça kararlıdır ve kaynar suda çökmez. Alüminyum, demirin aksine paslanmaz. Havada metalin, metali oksidasyondan koruyan renksiz, ince ama güçlü bir oksit "zırhı" ile kaplandığı ortaya çıktı. Bu nedenle, brülör alevine kalın bir alüminyum tel veya 0,5-1 mm kalınlığında bir levha sokulursa, metal erir, ancak alüminyum oksit torbasında kaldığı için akmaz. Alüminyumu koruyucu filmden mahrum bırakırsanız veya gevşetirseniz (örneğin, bir cıva tuzları çözeltisine daldırarak), alüminyum hemen gerçek özünü gösterecektir: zaten oda sıcaklığında, su ile şiddetli reaksiyona girmeye başlayacaktır. hidrojen: 2Al + 6H20® 2Al (OH) 3 + 3H2. Havada, koruyucu film içermeyen alüminyum, gözlerimizin hemen önünde gevşek bir oksit tozuna dönüşür: 2Al + 3O 2 ® 2Al 2 O 3. Alüminyum özellikle ince bölünmüş halde aktiftir; alüminyum tozu, aleve üflendiğinde anında yanar. Alüminyum tozu ile sodyum peroksiti seramik bir tabakta karıştırır ve karışımın üzerine su damlatırsanız alüminyum da alevlenir ve beyaz bir alevle yanar.

Alüminyumun oksijen için çok yüksek afinitesi, bir dizi başka metalin oksitlerinden oksijeni “almasına” ve onları geri kazanmasına izin verir (alüminotermi yöntemi). En ünlü örnek, yanma sırasında ortaya çıkan demirin eritildiği çok fazla ısı açığa çıkan termit karışımıdır: 8Al + 3Fe 3 O 4 ® 4Al 2 O 3 + 9Fe. Bu reaksiyon 1856'da N.N. Beketov tarafından keşfedildi. Bu şekilde, Fe 2 O 3 , CoO, NiO, MoO 3 , V 2 O 5 , SnO 2 , CuO metallerine ve bir dizi başka oksite geri kazandırmak mümkündür. Cr 2 O 3 , Nb 2 O 5 , Ta 2 O 5 , SiO 2 , TiO 2 , ZrO 2 , B 2 O 3'ü alüminyum ile indirgediğinde, reaksiyon ısısı reaksiyon ürünlerini erime noktalarının üzerinde ısıtmak için yeterli değildir.

Alüminyum, seyreltik mineral asitlerde kolayca çözünür ve tuzlar oluşturur. Konsantre nitrik asit, alüminyum yüzeyi oksitleyerek oksit filmin kalınlaşmasına ve sertleşmesine (metal pasivasyonu olarak adlandırılır) katkıda bulunur. Bu şekilde işlenen alüminyum, hidroklorik asit ile bile reaksiyona girmez. Alüminyum yüzeyinde elektrokimyasal anodik oksidasyon (anotlama) kullanarak farklı renklerde kolayca boyanabilen kalın bir film oluşturabilirsiniz.

Alüminyum tarafından tuz çözeltilerinden daha az aktif metallerin yer değiştirmesi genellikle alüminyum yüzeyinde koruyucu bir film tarafından engellenir. Bu film bakır klorür tarafından hızla yok edilir, bu nedenle 3CuCl 2 + 2Al ® 2AlCl 3 + 3Cu reaksiyonu kolayca ilerler ve buna güçlü ısıtma eşlik eder. Güçlü alkali çözeltilerde, alüminyum hidrojen salınımı ile kolayca çözünür: 2Al + 6NaOH + 6H 2 O ® 2Na 3 + 3H2 (diğer anyonik hidrokso kompleksleri de oluşur). Alüminyum bileşiklerinin amfoterik doğası, taze çökeltilmiş oksit ve hidroksitin alkalilerde kolay çözünmesinde de kendini gösterir. Kristal oksit (korindon) asitlere ve alkalilere karşı çok dirençlidir. Alkalilerle kaynaştığında susuz alüminatlar oluşur: Al 2 O 3 + 2NaOH ® 2NaAlO 2 + H 2 O. Magnezyum alüminat Mg (AlO 2) 2, genellikle çok çeşitli renklerde safsızlıklarla renklendirilmiş yarı değerli bir spinel taşıdır. .

Alüminyum halojenlerle şiddetli reaksiyona girer. 1 ml bromlu bir test tüpüne ince bir alüminyum tel sokulursa, Kısa bir zaman alüminyum alev alır ve parlak bir alevle yanar. Alüminyum ve iyot tozlarının bir karışımının reaksiyonu, bir damla su ile başlatılır (iyotlu su, oksit filmini yok eden bir asit oluşturur), ardından mor iyot buharı kulüpleri ile parlak bir alev belirir. Sulu çözeltilerdeki alüminyum halojenürler hidroliz nedeniyle asidiktir: AlCl 3 + H 2 O Al(OH)Cl 2 + HCl.

Alüminyumun azot ile reaksiyonu, AlN nitrür oluşumu ile sadece 800 ° C'nin üzerinde, 200 ° C'de kükürt ile (Al 2 S 3 sülfür oluşur), 500 ° C'de fosfor ile (AlP fosfit oluşur) gerçekleşir. Erimiş alüminyuma bor eklendiğinde, AlB2 ve AlB 12 bileşiminin borürleri oluşur - asitlere dayanıklı refrakter bileşikler. Hidrür (AlH) x (x = 1.2) sadece vakumda oluşur. Düşük sıcaklık atomik hidrojenin alüminyum buharı ile reaksiyonunda. Oda sıcaklığında nem yokluğunda kararlı olan AlH3 hidrit, susuz bir eter çözeltisinde elde edilir: AlCl 3 + LiH ® AlH 3 + 3LiCl. Fazla LiH ile tuz benzeri lityum alüminyum hidrit LiAlH 4 oluşur - organik sentezde kullanılan çok güçlü bir indirgeyici ajan. Su ile anında ayrışır: LiAlH 4 + 4H 2 O ® LiOH + Al (OH) 3 + 4H 2.

Alüminyum almak.

Alüminyumun belgelenen keşfi 1825'te gerçekleşti. Danimarkalı fizikçi Hans Christian Oersted, bu metali ilk olarak potasyum amalgamın susuz alüminyum klorür (klorun sıcak bir alüminyum oksit ve kömür karışımından geçirilmesiyle elde edilen) üzerindeki etkisiyle izole ettiğinde elde etti. Oersted, civayı uzaklaştırdıktan sonra, yabancı maddelerle kirlenmiş alüminyum elde etti. 1827'de Alman kimyager Friedrich Wöhler, potasyum heksafloroalüminatı indirgeyerek toz halinde alüminyum elde etti:

Na 3 AlF 6 + 3K ® Al + 3NaF + 3KF. Daha sonra parlak metal bilyeler şeklinde alüminyum elde etmeyi başardı. 1854'te Fransız kimyager Henri Etienne Saint-Clair Deville, sodyum tetrakloroalüminatın erimesini azaltarak alüminyum üretmek için ilk endüstriyel yöntemi geliştirdi: NaAlCl 4 + 3Na® Al + 4NaCl. Ancak alüminyum son derece nadir ve pahalı bir metal olmaya devam etti; altından çok daha ucuz değil ve demirden 1500 kat daha pahalı (şimdi sadece üç kat). 1850'lerde Fransız İmparatoru III. Napolyon'un oğlu için altın, alüminyum ve değerli taşlardan bir çıngırak yapıldı. 1855'te Paris'teki Dünya Sergisinde yeni bir yöntemle elde edilen büyük bir alüminyum külçe sergilendiğinde, ona bir mücevher olarak bakıldı. ABD başkentindeki Washington Anıtı'nın (piramit şeklinde) üst kısmı değerli alüminyumdan yapılmıştır. O zamanlar alüminyum gümüşten çok daha ucuz değildi: örneğin ABD'de, 1856'da pound başına 12 dolar (454 g) ve gümüş 15 dolardan satıldı. Ünlülerin 1. cildinde ansiklopedik sözlük Brockhaus ve Efron, "alüminyum hala esas olarak lüks eşyaların giydirilmesi için kullanılıyor" dedi. O zamana kadar, dünya çapında yılda sadece 2,5 ton metal çıkarıldı. Ancak 19. yüzyılın sonlarına doğru, alüminyum elde etmek için elektrolitik yöntem geliştirildiğinde, yıllık üretimi binlerce tona ve 20. yüzyılda olmaya başladı. - milyon ton. Bu, alüminyumu yaygın olarak bulunan yarı değerli bir metal haline getirdi.

Alüminyum üretmenin modern yöntemi, 1886'da genç bir Amerikalı araştırmacı Charles Martin Hall tarafından keşfedildi. Çocukken kimyaya ilgi duymaya başladı. Babasının eski kimya ders kitabını bulduktan sonra, onu özenle incelemeye ve deney yapmaya başladı, bir kez annesinden yemek masası örtüsüne zarar verdiği için bir azar bile aldı. Ve 10 yıl sonra, onu tüm dünyada yücelten olağanüstü bir keşif yaptı.

16 yaşında öğrenci olan Hall, hocası F.F. Jewett'ten, eğer birisi alüminyum elde etmek için ucuz bir yol geliştirmeyi başarırsa, bu kişinin sadece insanlığa büyük bir hizmet sağlamakla kalmayıp, aynı zamanda büyük bir kazanç sağlayacağını duydu. talih. Jewett neden bahsettiğini biliyordu: Daha önce Almanya'da eğitim görmüştü, Wöhler için çalıştı ve onunla alüminyum elde etme sorunlarını tartıştı. Onunla birlikte Amerika'ya Jewett, öğrencilerine gösterdiği nadir bir metal örneğini de getirdi. Aniden, Hall yüksek sesle ilan etti: "Bu metali alacağım!"

Altı yıllık sıkı çalışma devam etti. Hall, alüminyumu çeşitli yöntemlerle elde etmeye çalıştı, ancak başarılı olamadı. Sonunda bu metali elektroliz yoluyla çıkarmaya çalıştı. O zamanlar elektrik santralleri yoktu, akımın kömür, çinko, nitrik ve sülfürik asitlerden büyük ev yapımı piller kullanılarak elde edilmesi gerekiyordu. Hall, küçük bir laboratuvar kurduğu bir ahırda çalıştı. Kardeşinin deneyleriyle çok ilgilenen kız kardeşi Julia ona yardım etti. Kelimenin tam anlamıyla her gün keşif tarihini izlemesine izin veren tüm mektuplarını ve çalışma günlüklerini tuttu. İşte anılarından bir alıntı:

Charles her zaman iyi ruh hali, ve en kötü günlerde bile talihsiz mucitlerin kaderine gülmeyi başardı. Başarısızlık zamanlarında teselliyi eski piyanomuzda bulurdu. Ev laboratuvarında uzun saatler ara vermeden çalıştı; ve kiti bir süreliğine bırakabildiğinde, biraz oynamak için uzun evimize koştu... Böyle bir çekicilik ve duyguyla oynarken, sürekli işini düşündüğünü biliyordum. Ve müzik ona bu konuda yardımcı oldu.

En zor kısım elektroliti bulmak ve alüminyumu oksidasyondan korumaktı. Altı aylık yorucu bir çalışmanın ardından, sonunda potada birkaç küçük gümüş top belirdi. Hall, başarısını bildirmek için hemen eski öğretmenine koştu. "Profesör, anladım!" diye bağırdı elini uzatarak: avucunun içinde bir düzine küçük alüminyum top vardı. Bu, 23 Şubat 1886'da oldu. Ve tam olarak iki ay sonra, aynı yılın 23 Nisan'ında, Fransız Paul Héroux, bağımsız ve neredeyse aynı anda yaptığı benzer bir buluş için bir patent aldı (diğer iki tesadüf dikkat çekicidir: her ikisi de). Hall ve Héroux 1863'te doğdu ve 1914'te öldü).

Şimdi Hall tarafından elde edilen ilk alüminyum toplar, Pittsburgh'daki Amerikan Alüminyum Şirketi'nde ulusal bir kalıntı olarak tutuluyor ve kolejinde, alüminyumdan yapılmış bir Hall anıtı var. Daha sonra Jewett şunları yazdı: “En önemli keşfim insanın keşfiydi. 21 yaşında, cevherden alüminyumu geri kazanmanın bir yolunu keşfeden Charles M. Hall'du ve böylece alüminyumu şu anda dünya çapında yaygın olarak kullanılan harika metal haline getirdi. Jewett'in kehaneti gerçekleşti: Hall geniş çapta tanındı, birçok bilimsel topluluğun onursal üyesi oldu. Ancak kişisel hayatı başarısız oldu: gelin, nişanlısının her zaman laboratuvarda geçirdiği gerçeğine katlanmak istemedi ve nişanı kırdı. Hall, hayatının geri kalanında çalıştığı yerel kolejinde teselli buldu. Charles'ın erkek kardeşinin yazdığı gibi, "Kolej onun karısı, çocukları ve hayatı boyunca her şeydi." Hall ayrıca mirasının çoğunu koleje bıraktı - 5 milyon dolar Hall, 51 yaşında lösemiden öldü.

Hall'un yöntemi, büyük ölçekte elektrik kullanarak nispeten ucuz alüminyum elde etmeyi mümkün kıldı. 1855'ten 1890'a kadar sadece 200 ton alüminyum elde edildiyse, sonraki on yılda Hall yöntemine göre tüm dünyada bu metalden 28.000 ton elde edildi! 1930'a gelindiğinde, dünya yıllık alüminyum üretimi 300.000 tona ulaşmıştı. Şimdi yılda 15 milyon tondan fazla alüminyum üretiliyor. 960–970 ° C sıcaklıktaki özel banyolarda, bir alümina çözeltisi (teknik Al 2 O 3), kısmen mineral şeklinde ve kısmen özel olarak çıkarılan erimiş kriyolit Na 3 AlF 6'da elektrolize tabi tutulur. sentezlendi. Sıvı alüminyum, banyonun (katot) dibinde birikir, yavaş yavaş yanan karbon anotlarda oksijen salınır. Düşük voltajda (yaklaşık 4,5 V), elektrolizörler büyük akımlar tüketir - 250.000 A'ya kadar! Bir gün boyunca bir elektrolizör yaklaşık bir ton alüminyum üretir. Üretim büyük miktarda elektrik gerektirir: 1 ton metal üretmek için 15.000 kilovat saat elektrik harcanır. Bu miktarda elektrik, bir ay boyunca 150 dairelik büyük bir binayı tüketir. Atmosferik hava uçucu flor bileşikleri ile kirlendiğinden, alüminyum üretimi çevre açısından tehlikelidir.

Alüminyum kullanımı.

D.I.Mendeleev bile "büyük hafifliğe ve dayanıklılığa ve havada düşük değişkenliğe sahip olan metal alüminyumun bazı ürünler için çok uygun olduğunu" yazdı. Alüminyum en yaygın ve en ucuz metallerden biridir. Onsuz, modern yaşamı hayal etmek zor. Alüminyumun 20. yüzyılın metali olarak adlandırılmasına şaşmamalı. İşleme için uygundur: dövme, damgalama, haddeleme, çekme, presleme. Saf alüminyum oldukça yumuşak bir metaldir; elektrik telleri, yapısal parçalar, gıda folyosu, mutfak eşyaları ve "gümüş" boya yapmak için kullanılır. Bu güzel ve hafif metal, inşaat ve havacılık teknolojisinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Alüminyum ışığı çok iyi yansıtır. Bu nedenle, bir vakumda metal biriktirme yoluyla aynaların imalatında kullanılır.

Uçak ve makine mühendisliğinde, bina yapılarının imalatında çok daha sert alüminyum alaşımları kullanılmaktadır. En ünlülerinden biri, bakır ve magnezyumlu bir alüminyum alaşımıdır (duralumin veya basitçe "duralumin"; adı Alman şehri Düren'den gelir). Bu alaşım, sertleştikten sonra özel bir sertlik kazanır ve saf alüminyumdan yaklaşık 7 kat daha güçlü hale gelir. Aynı zamanda demirden neredeyse üç kat daha hafiftir. Alüminyumun küçük bakır, magnezyum, manganez, silikon ve demir ilaveleriyle alaşımlanmasıyla elde edilir. Siluminler yaygındır - alüminyumun silikonlu döküm alaşımları. Yüksek mukavemetli, kriyojenik (donmaya karşı dayanıklı) ve ısıya dayanıklı alaşımlar da üretilmektedir. Alüminyum alaşımlarından yapılan ürünlere koruyucu ve dekoratif kaplamalar kolaylıkla uygulanır. Alüminyum alaşımlarının hafifliği ve sağlamlığı özellikle havacılık teknolojisinde kullanışlıydı. Örneğin, helikopter pervaneleri bir alüminyum, magnezyum ve silikon alaşımından yapılır. Nispeten ucuz alüminyum bronz (%11'e kadar Al) yüksek mekanik özelliklere sahiptir, deniz suyunda ve hatta seyreltik hidroklorik asitte bile stabildir. 1926'dan 1957'ye kadar SSCB'de alüminyum bronzdan madeni paralar 1, 2, 3 ve 5 kopek cinsinden basıldı.

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

Alüminyum ayrıca birçok yanıcı ve patlayıcı karışım içerir. Alüminyum tozu ile trinitrotoluenin döküm karışımı olan Alumotol, en güçlü endüstriyel patlayıcılardan biridir. Amonal, amonyum nitrat, trinitrotoluen ve alüminyum tozundan oluşan patlayıcı bir maddedir. Yangın çıkarıcı bileşimler alüminyum ve oksitleyici bir madde - nitrat, perklorat içerir. Piroteknik bileşimler "Zvezdochka" ayrıca toz alüminyum içerir.

Alüminyum tozunun metal oksitlerle (termit) bir karışımı, yanıcı mühimmatta kaynak rayları için belirli metalleri ve alaşımları elde etmek için kullanılır.

Alüminyum ayrıca roket yakıtı olarak pratik kullanım bulmuştur. 1 kg alüminyumun tam yanması, 1 kg kerosenden neredeyse dört kat daha az oksijen gerektirir. Ek olarak, alüminyum sadece serbest oksijen tarafından değil, aynı zamanda su veya karbondioksitin bir parçası olan bağlı oksijen tarafından da oksitlenebilir. Alüminyumun suda "yanması" sırasında, 1 kg ürün başına 8800 kJ salınır; bu, metal yakmaktan 1.8 kat daha azdır. saf oksijen, ancak havada yandığından 1.3 kat daha fazla. Bu, bu tür yakıtlar için oksitleyici bir madde olarak tehlikeli ve pahalı bileşikler yerine sade suyun kullanılabileceği anlamına gelir. Alüminyumun yakıt olarak kullanılması fikri, 1924 yılında Rus bilim adamı ve mucit F.A. Zander tarafından önerildi. Planına göre, uzay aracının alüminyum elemanları ek yakıt olarak kullanılabilir. Bu cesur proje henüz pratikte uygulanmadı, ancak şu anda bilinen katı roket iticilerinin çoğu, ince bölünmüş bir toz şeklinde alüminyum metal içerir. Yakıta %15 alüminyum eklenmesi, yanma ürünlerinin sıcaklığını bin derece yükseltebilir (2200'den 3200 K'ye); motor memesinden yanma ürünlerinin egzoz oranı da belirgin şekilde artar - roket yakıtının verimliliğini belirleyen ana enerji göstergesi. Bu bakımdan yalnızca lityum, berilyum ve magnezyum alüminyumla rekabet edebilir, ancak hepsi alüminyumdan çok daha pahalıdır.

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

Al 2 (SO 4) 3 + 3Ca (HCO 3) 2 ® 2AlO (OH) + 3CaSO 4 + 6CO 2 + 2H 2 O, içinde bulunan yüzeyde çöken, yakalayan ve emen oksit-hidroksit pulları oluşturur. suda asılı safsızlıklar ve hatta mikroorganizmalar. Ayrıca alüminyum sülfat, kumaşların boyanmasında, derinin tabaklanmasında, ahşabın korunmasında ve kağıdın boyutlandırılmasında mordan olarak kullanılır. Kalsiyum alüminat, Portland çimentosu da dahil olmak üzere bağlayıcıların bir bileşenidir. İtriyum alüminyum granat (YAG) YAlO 3 bir lazer malzemesidir. Alüminyum nitrür, elektrikli fırınlar için refrakter bir malzemedir. Sentetik zeolitler (alüminosilikatlara aittirler) kromatografide ve katalizörlerde adsorbanlardır. Organoalüminyum bileşikleri (örneğin trietilalüminyum), yüksek kaliteli sentetik kauçuk da dahil olmak üzere polimerlerin sentezi için kullanılan Ziegler-Natta katalizörlerinin bileşenleridir.

Ilya Leenson

Edebiyat:

Tikhonov V.N. Alüminyumun analitik kimyası. M., "Bilim", 1971
Kimyasal elementlerin popüler kütüphanesi. M., "Bilim", 1983
Craig N.C. Charles Martin Hall ve Metall'i. J.Chem.Educ. 1986, cilt. 63, No.7
Kumar V., Milewski L. Charles Martin Hall ve Büyük Alüminyum Devrimi. J.Chem.Educ., 1987, cilt. 64, sayı 8