Alumiiniatomimassa. Kaikki metallurgiasta

  Alumiini - tärkein kevytmetalli, sisältyy jaksollisen järjestelmän D.I. Mendeleev, atominumero 13, atomin säde 1,43 A, ionin säde 0,86 A °, atomipaino 26,97.
Neutraalin alumiiniatomin elektroniselle rakenteelle on ominaista täytetty sisäinen K-kerros, jossa on kaksi elektronia 1 s: n kiertoradalla (1s2) ja täytetty L-kerros, jossa on kaksi elektronia 1 s: n kiertoradalla ja kuusi elektronia 2p: n kiertoradalla (2s22p6) atomin ulkoisessa (valenssissa) M-kerroksessa alumiinia, siinä on kolme elektronia, kaksi 3p-kiertoradalla ja yksi 3p-kiertoradalla (3s23p).
Kemiallisissa yhdisteissä alumiini on yleensä kolmiarvoinen (Al3 +). Tietyissä olosuhteissa on kuitenkin yhdisteitä yksiarvoisista (Al +) alumiinista (alayhdisteistä), esimerkiksi Al2S, Al2O, AlF, AlCl, jne. Alumiiniatomin ensimmäisen Sp-elektronin ionisaatioenergia on 137,3 ja toisen ja kolmannen 3s-elektronien on 430,6 ja 652,1 kcal * g-atomi. Siten alumiiniatomissa Sp-elektroni säilyy paljon heikompana kuin kukin parillisista 35 elektronista, ja se voi kadota aikaisemmin kuin muut elektronit. Muodostunut ioni on yksiarvoinen alumiini ja pystyy antamaan vastaavat yhdisteet, joiden valenssi on alhaisempi. Viimeksi mainitut eivät ole vain teoreettisen mielenkiinnon kohteena, vaan näiden yhdisteiden esiintymisen mahdollisuus on otettava huomioon alumiinin elektrolyyttisessä tuotannossa. Lisäksi aliyhteyksien avulla voidaan myös suorittaa prosessit alumiinin uuttamiseksi sähkötermisistä seoksista ja sen jalostamiseksi.
Alumiinille osoitettiin kolmen keinotekoisen radioaktiivisen isotoopin olemassaolo, joiden massaluvut olivat 26, 28 ja 29 ja puoliintumisajat vastaavasti 7 sekuntia ja 2,3 minuuttia. ja 6,7 \u200b\u200bmin. Alumiinilla ei ole stabiileja isotooppeja.
alkeis- kidehila  alumiini - kuutio, jonka keskipinnat ovat. Alkukuution kylkiluun koko on 4,04 A °.
Alumiinin, sekä kiinteän että sulan, tiheys vähenee, kun sen puhtaus kasvaa. Kiinteän metallin, jonka puhtaus on 99,75% Al, tiheys on 2,703 ja metallin, jonka puhtaus on 99,996% Al: n, 2,6989; sulan alumiinin tiheys, jonka puhtausaste on 99,75% Al: n lämpötilassa 1000 °, on 2,289.
Alumiinin sulamispiste kasvaa puhtauden lisääntyessä. Metalli, jonka puhtaus on 99,6%) Al: n sulaa 658,7 °: ssa ja alumiinin sulamispisteen puhtaudella 99,996% Al: n 660,24 °.
Alumiinin tilavuuden kasvu sen sulamisen aikana on 6,6%.
Alumiinin kiehumispiste lämpötilassa ilmakehän paine  lähellä 2500 ° Alumiinin sulamislämpö: spesifinen 93 kcal / g ja atomi 2520 kcal / g-atomi. Alumiinin haihtumislämpö on välillä 56 800 - 62 140 kcal / g-atomi. Nestemäisen alumiinin todellinen lämpökapasiteetti välillä 982-1273 ° K voidaan olettaa vakiona ja yhtä suuri kuin 7 cal / g-atomi.
Alumiinin sähkönjohtavuus kasvaa puhtauden lisääntyessä. Kiinteälle metallille, jonka puhtaus on 99,5% Al, sähkönjohtavuus on 62,5% kuparin johtavuudesta ja metallille, jonka puhtaus on 99,996% Al, se on 64,94%. Titaanin, vanadiinin, kromin ja mangaanin epäpuhtauksilla on voimakkain vaikutus sähkönjohtavuuden vähentymiseen. Nestemäisen alumiinin spesifinen sähkövastus 950 °: ssa on 30 * 10v-5 ohm * cm.
Alumiinin mekaaniset ominaisuudet riippuvat myös voimakkaasti sen puhtaudesta. Erittäin puhdas alumiini on paljon pehmeämpää, taipuisampaa kuin tekninen metalli, mutta sen mekaaninen lujuus on heikentynyt. Alumiinille, jonka puhtausaste on 99,996% Al, on tunnusomaista esimerkiksi mekaaniset ominaisuudet: vetolujuus 11,41 kg / mm2 kylmävalssatulle metallelle ja 4,81 kg / mm2 hehkutetulle; puristuskestävyys vastaavasti 10,8 ja 1,26 kg / mm2 ja venymä 5,5 ja 48,8%.
Alumiinissa on suuri kemikaali aktiviteetti - energia  sen yhdisteiden muodostuminen hapen, halogenidien, rikin ja hiilen kanssa on erittäin korkea; jännitesarjoissa se vie paikan kaikkein elektronegatiivisimpiin elementteihin (sen normaali elektrodipotentiaali on 1,36 V).
Alumiinin erityispiirre on sen taipumus reagoida voimakkaasti hapen, erityisesti ilmakehän hapen kanssa. Siksi alumiini päällystetään ilmassa ohuella, mutta erittäin vahvalla alumiinioksidikalvolla. Elektronimikroskooppiset tutkimukset osoittavat, että tämä alumiinioksidikalvo on jatkuva ja huokoinen. Se suojaa alumiinia lisähapettumiselta ja tekee metallista korroosionkestävämmän.
Kiinteän metallin pinnalla olevan alumiinioksidikalvon paksuus on noin 2 * 10 - 5 cm. Alumiinin hapettumisnopeus kasvaa lämpötilan noustessa, etenkin sen sulamispisteen yläpuolella, ja riippuu alumiinissa olevien metallien epäpuhtauksista. Magnesiumin, kalsiumin ja natriumin epäpuhtauksien läsnäolo alumiinissa , pii ja kupari lisäävät sen hapettumista. Oksidikalvon tarttuvuus alumiiniin epäpuhtauksien paikoissa on vähentynyt huomattavasti, ja nämä paikat ovat alttiita korroosiolle. Päinvastoin, oksidikalvolla on erittäin suuri tarttuvuus alumiinin pintaan, jolla on korkea puhtausaste, jossa epäpuhtauksien pitoisuus on merkityksetön. Tällainen metalli on siksi erittäin kestävä kemikaaleille (esimerkiksi epäorgaanisille hapoille), saastuneelle ilmakehälle ja merivedelle.
Alumiini reagoi hapen kanssa, jolloin muodostuu alumiinioksidia:

2Al + 1,5O2 \u003d Al2O8,

eksoterminen ja sisältää huomattavasti suuremman lämmöntuotannon kuin monille muille metalleille.
Alumiinin hapetuslämpö 22 °: ssa ja vakiopaine, määritettynä polttamalla puhdasta elektrolyyttisesti puhdistettua alumiinia happea, on 402900 ± 300 cal / g-mol. Hyvin tarkkoja kalorimetrisiä mittauksia käyttämällä saatiin myös All2O3: n (korundi) muodostumislämpö hyvin lähellä tätä arvoa: 399 040 cal / g-mol 25 °: ssa.
Vedetöntä alumiinioksidia (alumiinioksidia) esiintyy kahdessa modifikaatiossa, jotka on käsiteltävä alumiinioksidin valmistuksessa ja alumiinin elektrolyyttisessä tuotannossa.
Näistä ensimmäinen, α-Al2O3 tai korundi, löytyy luonnollisista kivistä. Kaiken tyyppiset alumiinioksidihydraatit (hydroargilliitti, boehmiitti, diasporat) muuttuvat a-Al2O3: ksi, kun niitä kuumennetaan 1200 °: seen. Korundi kiteytyy kuusikulmaisessa järjestelmässä. Korundille on ominaista korkea kovuus, sillä se vie viimeisen yhden paikan mineralogisessa asteikossa timantin edessä - yhdeksännen. Se ei käytännössä ole hygroskooppinen ja sillä on suurin ominaispaino kaikista alumiinioksidin muunnoksista (3,9-4,0 g / cm3).
Vedettömän alumiinioksidin y-Al2O3 toinen modifikaatio kiteytyy kuutiojärjestelmässä. Luonnossa γ-Al2O3: ta ei esiinny ja se muodostuu kolmen veden alumiinioksidin - hydrargilliitti Al (OH) 3: n dehydratoinnista lämpötila-alueella 500–900 °, on hyvin hajaantunut ja hygroskooppinen. Γ-Al2O3: n ominaispaino on 3,77 g / cm3. Kun y-Al2O3 lämmitetään yli 900 °, alkaa sen muuntaminen α-Al2O3: ksi, joka saadaan päätökseen 1200 °: ssa.
Emäksisillä menetelmillä alumiinin elektrolyyttistä tuotantoa varten saatu teollinen alumiinioksidi on a-Al2O3: n ja y-Al2O3: n seos korundin pitoisuuden ollessa 30-45%.
Vedetön alumiinioksidi on lämpöstabiili oksidi, jolla on korkea sulamispiste (2050 °) ja kiehumispiste (2980 °). Al2O3: n moolinen sulamislämpö on 6000 kal / g-mol, ja ominaislämpö on 58,8 kal / g; Al2O3: n höyrystymislämpö on 11790 cal / g-mol.
Kemiallisesti alumiinioksidi on tyypillinen amfoteerinen yhdiste, jonka emäksiset ja happamat ominaisuudet ilmaistaan \u200b\u200bnoin yhtä  Siksi se liukenee yhtä helposti hapoihin ja alkaliin. Tässä tapauksessa α-Al2O3: lla on alhaisin liukenemisnopeus, kun taas y-Al2O3: lla on korkeampi liukenemisnopeus. Alumiinihydroksidit liukenevat erityisen nopeasti, jotka happoliuoksissa käyttäytyvät kuin emäkset, muodostaen vastaavien happojen alumiinisuoloja, ja emäsliuoksissa ne ilmenevät hapoiksi, jolloin saadaan näiden emästen suolat - alumiinaatit.
Viimeksi mainitut muodostuvat myös alumiinioksidin suoran vuorovaikutuksen aikana alkali- ja maa-alkalimetallien oksidien kanssa korkeissa lämpötiloissa.
Kun Al2O3 kuumennetaan seoksessa alumiinimetallin kanssa yli 1200 ° C: n lämpötilassa tyhjössä (jäännöspaine 10–3 mm Hg), muodostuu haihtuvaa alumiini-suboksidia Al2O:

Al2O3 (tv) + 4Al (g) ⇔ 3Al2O3 (g),

Alumiinin ja kloorin voimakas vuorovaikutus tapahtuu käytännössä yli 100 °: n lämpötilassa alumiinikloridin muodostumisen ja 161,4 kcal / g-mol AlCl3: n vapautumisen yhteydessä. Alle 440 ° alumiinikloridin molekyyli vastaa kaavaa Al2Cl6; alueella 440-600 ° havaitaan osittainen dissosiaatio: Al2Cl6⇔2AlCl3, yli 600 °, alumiinikloridin koostumus ilmaistaan \u200b\u200bkaavalla A1C1z. Alumiinikloridin 2AlCl3 → Al2Cl6 kaksoismolekyylin muodostumiseen liittyy 29 kcal / g-mol AlCl3: n vapautuminen. Alumiinikloridi on erittäin hygroskooppinen ja hydrolysoituu ilmassa muodostaen HCl: ää.
Kuumennettaessa inertissä ilmakehässä tai tyhjiössä alumiinimetallin kanssa, alumiinikloridi muodostaa AlCl-subkloridin. Jälkimmäinen esiintyy vain kaasufaasissa tai sulassa väliaineessa korkeassa lämpötilassa, ja jäähtyessään noin 800 ° C: seen se hajoaa jälleen normaaliksi alumiinikloridiksi ja metalliseksi alumiiniksi:

2Al (g) + AlCl3 (g) ⇔ 3AlCl (g).

Fluorin kanssa alumiini muodostaa alumiinifluoridin AlF3, joka eroaa ominaisuuksiltaan hyvin alumiinikloridista. Jos alumiinikloridi on kemiallinen yhdiste kovalenttisella sidoksella ja molekyylikidehilalla, on alhainen sulamis- ja kiehumispiste (vastaavasti 190 ja 183 °), sitten alumiinifluoridissa kemiallinen sidos  enimmäkseen ionista, mikä ilmaistaan \u200b\u200bkorkeilla sulamis- ja kiehumispisteillä. Joten AlF3 ilmakehän paineessa sublimoituu sulamatta, lämmitetään noin 1000 - 1100 °: seen ja AlF3: n höyrynpaine saavuttaa yhden ilmakehän 1260 °: ssa. Alipaineessa (jäännöspaine 10 V - 2 mm Hg) AlF3 alkaa sublimoitua noin 700 °: n lämpötilassa. Yritykset sulaa AlF3 pommissa paineessa noin 1500 °: n lämpötilassa eivät ole tuottaneet positiivisia tuloksia.
Kuumennettaessa tyhjössä tai inertissä väliaineessa metallisella alumiinilla alumiinifluoridi (samoin kuin kloridi) muodostaa alemman valenssin yhdisteen - subfluoridin:

2Al (g) + AlF3 (tv) - 3AlF (g).

Alumiini on vuorovaikutuksessa rikin kanssa suoraan korkeassa lämpötilassa (yli 1000 °) muodostaen alumiinisulfidia Al2S3. Reaktioon liittyy suuren määrän lämmön vapautumista (141 kcal / g-mol AI2S3) .Rundesulfidin pelkistymisen aikana alumiinioksidin kanssa muodostuu myös alumiinisulfidia. Alumiinisulfidin sulamispiste on 1100 °. Vedessä se hajoaa kokonaan, jolloin muodostuu Al (OH) 3: ta ja H2S: ää. Kuumennettaessa tyhjiössä Al2S3: n ja Al: n seosta 1300 ° C: seen muodostuu alumiinisubsulfidi Al2S, joka hajoaa metalliin ja normaaliksi sulfidiksi jäähdytettäessä.
Alumiini yhdistyy suoraan typen kanssa 800 ° C: ssa AlN-nitridiksi. Tähän reaktioon liittyy melko merkittävä lämmönvapautus (74 kcal / g-mol AlN). Puhdas alumiininitridi on valkoinen jauhe, joka ei muutu kuumennettaessa 2000 °: seen. Tämän lämpötilan yläpuolella se alkaa hajota alkuaineiksi, paineessa 4 atm AlN sulaa 2200 °: ssa. Vedessä se hajoaa hitaasti Al (OH) 3: ksi ja NH3: ksi. Alumiininitridi kiteytyy kuusikulmaisessa järjestelmässä. Alumiinikarbiditridi Al5C3N muodostuu aina vaihtelevissa määrin alumiinihauteessa.
Hiilen kanssa alumiini muodostaa alumiinikarbidia Al4C3, ja tätä varten ilmassa hiilen ja alumiinin seos tulisi kuumentaa noin 2000 °: seen. Vetyatmosfäärissä tai tyhjiössä jauhemainen alumiini ja hiilipitoinen materiaali reagoivat lämpötilassa 1000 - 1200 °. Kryoliitin läsnäolo helpottaa alumiinikarbidin muodostumista, mikä voi johtua erityisesti eristävän Al2O3-kalvon liukenemisesta alumiinin pinnasta sulaan kryoliittiin, sekä muista syistä.
Alumiinikarbidin muodostumisen reaktio elementeistä etenee lämmön vapautumisen myötä (63,2 kcal / g-mol Al2O3). Puhdas alumiinikarbidi on kirkkaan keltaista ja sen ominaispaino on 2,36 g / cm3. Lämpötilassa yli 2000 ° Al4C3 hajoaa vapauttamalla grafiittia. Vesi hajottaa alumiinikarbidia alumiinioksidin ja metaanihydraatin muodostamiseksi. Ilmassa alumiinikarbidi hapetetaan, jolloin saadaan alumiinioksidia ja vapaata hiiltä.
Alumiinikarbidin tilallisella kidehilalla on selvästi kerrostettu luonne.
Alumiinikarbidin muodostuminen etenee erittäin voimakkaasti korkeissa lämpötiloissa (yli 1000 °) hiilimateriaalien vuorovaikutuksessa alumiinisubkloridin ja alumiinisubluoridin kanssa.
On myös huomattava, että muodostettaessa alumiinikarbidimolekyyliä, jossa on kolme hiiliatomia ja neljä alumiiniatomia, aineen tilavuus kasvaa 20%.
Vaihtelevina määrinä Al4C3 muodostuu aina alumiinihauteessa.
Alumiini ei ilmeisesti ole kemiallisesti vuorovaikutuksessa vedyn kanssa, mutta liuottaa sen erittäin energisesti. Vedyn liukoisuus sulaan alumiiniin 1000 °: ssa on 0,2 cm3 1 cm3: n alumiinissa. Alumiinihauteessa vedyn lähde on kosteus, joka läpikäy elektrolyysin mukana H2: n kehittyessä katodilla.
Tanskalainen fyysikko erotti alumiinin ensimmäisessä muodossaan vuonna 1825 vapaassa muodossa. Kaliumamalgaamin vaikutuksesta alumiinikloridiin päästiin alumiiniin. Myöhemmin, vuonna 1827, saksalainen kemisti Wöhler paransi Oerstedin menetelmää korvaamalla kaliumamalgaamin metallisella kaliumilla. Vuonna 1854 Saint-Clair-Devil Ranskassa käytti Weler-menetelmää ensimmäisessä alumiinin teollisessa tuotannossa tekemällä lisäparannuksia: kaliumin sijasta hän käytti halvempaa natriumia ja hygroskooppisen alumiinikloridin sijasta stabiilimpaa kaksoisalumiinikloridia ja natriumia. Vuonna 1865 venäläinen fyysikko-kemisti N. N. Beketov toi esiin mahdollisuuden syrjäyttää alumiini magnesiumilla kryoliitista. Tätä reaktiota sovellettiin sitten vuonna 1888 alumiinin tuotantoon ensimmäisessä saksalaisessa tehtaassa Gmelengenissä.
Alumiinin valmistus näillä ns. Kemiallisilla menetelmillä oli olemassa vuosina 1854-1890. Yli 35 vuoden aikana kuitenkin saatiin heidän avullaan noin 200 tonnia alumiinia.
Edellisen vuosisadan 80-luvun lopulla kemialliset menetelmät korvattiin elektrolyyttisellä menetelmällä, joka tarjosi metallurgisen prosessin merkittävän teknisen edun ja antoi mahdolliseksi vähentää huomattavasti alumiinin kustannuksia ja loi mahdollisuuden alumiiniteollisuuden nopeaan kehitykseen. Alumiinin tuotantoon tarkoitetun nykyaikaisen elektrolyyttisen menetelmän perustajat ovat Eru Ranskassa ja Hall USA: ssa, jotka vuonna 1886 vaativat itsenäisesti melkein samoja patentteja menetelmälle alumiinin tuottamiseksi elektrolysoimalla alumiinioksidia, joka on liuotettu sulaan kryoliittiin.
Eru- ja Hall-patenttien tulon jälkeen nykyaikainen alumiiniteollisuus on todella alkanut, ja sen olemassaolon 75 vuoden aikana on kasvanut yksi maailman talouden suurimmista toimialoista. Alumiiniteollisuus on kehittynyt erityisen voimakkaasti viimeisen 15 vuoden aikana, mikä liittyy sekä alumiinin strategiseen merkitykseen että sen teknisen sovelluksen laajentuviin alueisiin. Jos vuonna 1946 alumiinin sulatus maailmanmarkkinoilla oli 774 tuhatta tonnia, vuoteen 1960 mennessä se oli kasvanut lähes viisi kertaa ja nousee noin 3,5 miljoonaan grammaan. Alumiini on tällä hetkellä raudan jälkeen seuraava sija rautaa seuraavassa paikassa, tässä asiassa kuparin edessä. Alumiinin sulatuksen ensisijainen sija kuuluu Yhdysvalloille.
Muista kapitalistisista maista Kanadassa, Ranskassa, Englannissa, Italiassa, Saksan liittotasavallassa, Norjassa, Ruotsissa ja Japanissa on suuri alumiiniteollisuus.
Kansandemokratian maista Unkarilla on alumiiniteollisuus kehittynein. 50-luvun alkupuolella ensimmäiset alumiinisulattimet lanseerattiin Puolassa ja Tšekkoslovakiassa, ja Kiinan kansantasavallassa on hyvät näkymät alumiiniteollisuuden kehittämiselle.
Ensimmäiset yritykset alumiinin tuotannon järjestämiseksi maassamme juontavat juurensa viime vuosisadan 90-luvulle, kun lähellä Moskovaa tuotettiin alumiinia kemiallisesti  rakennettiin pieni tehdas, joka oli kuitenkin olemassa hyvin lyhyen ajan (1885-1889).
Viime vuosisadan 90-luvulla itävaltalainen kemisti Bayer kehitti Venäjällä alkalisen hydrokemiallisen menetelmän alumiinioksidin tuottamiseksi bauksiitista, jolla on merkittävä rooli modernissa alumiinimetallurgiassa.
Tämän vuosisadan alussa P.P. Fedotiev ja muut venäläiset tutkijat tekivät useita teoreettisia tutkimuksia alumiinintuotannon nykyaikaisen menetelmän tutkimiseksi, joka sai maailmanlaajuista mainetta. Kuitenkin vasta suuren lokakuun sosialistisen vallankumouksen jälkeen luotiin olosuhteet alumiiniteollisuuden järjestämiselle ja kehittämiselle maassamme.
Ensimmäiset merkittävän mittakaavan alumiinin elektrolyyttituotannon kokeet tehtiin vuonna 1929 Krasny Vyborzhetsin tehtaalla Leningradissa P.P: n valvonnassa. Fedoteva. Vuonna 1930 Leningradissa avattiin kokeellinen alumiinitehdas, jolla oli suuri rooli Neuvostoliiton alumiiniteollisuuden kehittämisessä. Eri laitokset ovat jo neljän vuoden ajan kokeilleet laitoksen erilaisia \u200b\u200blaitteita, kouluttaneet työntekijöiden ja konepajojen kaadereita ensimmäisille alumiiniyrityksille.
Vuonna 1932 käynnistettiin Volhovin alumiinitehdas, jossa oli asetehdas Tikhvinin boksiittien malmikohdassa ja sähkö Volkhovin vesivoimalaitokselta, ja vuonna 1933 Dneprin alumiinitehdas Dneprin vesivoimalan sähköllä. Samanaikaisesti Polevskoyn kryoliittitehdas ja Moskova. ja Dneprovsky-elektrodilaitokset alumiinitehtaiden toimittamiseksi fluori- suoloilla ja hiilituotteilla
Vuonna 1938 Tikhvinin alumiinioksiditehdas, joka sijaitsee lähellä Tikhvinin boksiittiesiintymää, otettiin käyttöön. Lisäksi vuonna 1939 käynnistettiin Ural-alumiinitehdas korkealaatuisten Pohjois-Ural -boksiittien malmipohjassa ja Ison-Britannian aikana Toinen maailmansota  ja seuraavina vuosina - useita alumiinisulatuksia, jotka sijaitsevat maan eri osissa
Alumiiniteollisuuden jatkokehittämistä maassamme tapahtuu jatkuvan sähköistämisen ja erityisesti voimakkaiden vesivoimalaitosten rakentamisen perusteella. Ominaista  Samanaikaisesti Venäjän alumiiniteollisuutta edistetään itäisiin alueisiin Siperiaan, missä Irkutskin ja Krasnojarskin alumiinitehtaita rakennetaan (jälkimmäinen on paikallisten veljen kivimallien malmipohjassa), ja Kazakstaniin, missä Pavlodarin alumiinitehdas rakennetaan, malmipohja, josta tulee Turgai-bauksiitteja.
Alumiiniteollisuus, joka luotiin maassamme Neuvostoliiton vallan vuosina, on nyt yksi ensimmäisistä paikoista maailmassa, ja sillä on kaikki mahdollisuudet sen edelleen entistä intensiivisemmälle kehittämiselle.
Alumiini on kevyt, sitkeä ja kestävä metalli, joka on laajalti kysyttyä nykyajan teollisuudessa sen ominaisuuksien ainutlaatuisen yhdistelmän ansiosta, joihin kuuluvat korkea lämmön- ja sähkönjohtavuus, taipuisuus, pieni tiheys, läpäisemättömyys ja kestävyys.

Alumiini on jaksollisen taulukon 3. ryhmän kemiallinen elementti, sen atominumero on 13 ja atomimassa on 26,98154. Luonnossa esiintyvyyden suhteen alumiini on ensimmäinen metalleista ja neljäs kaikista alkuaineista, sen pitoisuus maankuoressa on 8,8 painoprosenttia. Alumiini on osa lukuisia mineraaleja ja kiviä, alumiiniyhdisteet sisältävät basaalia, graniittia, savet, maasälvet jne. Kuitenkin tärkein raaka - aine teollinen kuitti  alumiini on huomattavasti vähemmän yleisiä bauksiitteja ja gibbsiittiä, samoin kuin aluniitit ja nefeliini.

Puhdas alumiini on vaalean hopeanvalkoinen metalli, jossa on kuutiomainen kasvikeskeinen kidehila (parametri a \u003d 0,40403 nm, z \u003d 4, avaruusryhmä FT3t). Alumiinin sulamispiste on 660С, kiehumispiste on noin 2450С, metallin tiheys on 99,996% puhdasta - 2,6989 g / cm3, lineaarisen paisumisen lämpötilakerroin on noin 2,5 10-5 K - 1 ja vakioelektrodipotentiaali on A13 + / A1 °. -1,663 V happamassa ympäristössä ja -2,35 V alkalisessa ympäristössä.

Kemiallisesti alumiini on melko aktiivinen metalli. Ilmassa sen pinta on välittömästi peitetty voimakkaalla huokoisella Al2O3-oksidikalvolla, joka estää lisähapon pääsyn ja pysäyttää reaktion, mikä johtaa alumiinin korkeaan korroosionkestävyyteen. Samanlainen suojakalvo alumiinin pinnalle muodostuu myös, kun se asetetaan väkevöityyn typpihappoon.

Alumiini reagoi helposti alkalien kanssa antaen alumi- naatteja. 25 ° C: ssa alumiini muodostaa bromidia, kloridia, jodidia ja alumiinifluoridia bromin, kloorin, jodin ja fluorin kanssa. Jauhettu metalli yli 800 ° C: n lämpötiloissa muodostaa aluminiumnitridin typen kanssa. Atomivetyn ja alumiinihöyryn vuorovaikutus tuottaa alumiinihydridiä - veden hydrolysoimaa väritöntä amorfista jauhetta.

Kun rikki on vuorovaikutuksessa yli 200 ° C: n lämpötilassa, muodostuu värittömiä alumiinisulfidikiteitä, kun vuorovaikutuksessa fosforin kanssa 500 ° C: ssa muodostuu kellertävän harmaita alumiinifosfidin kiteitä ja kun sula metalli on vuorovaikutuksessa boorin kanssa, muodostuu alumiiniboridi-keltaharmaata tai ruskeaa kideä.

Joidenkin metallien ja ei-metallien kanssa alumiini muodostaa seoksia, jotka sisältävät metalliyhdisteitä - aluminideja. Sellaiset yhdisteet ovat yleensä tulenkestäviä, ja niillä on myös korkea kovuus ja lämmönkestävyys. Aluminidit toimivat lejeerinkin modifioijina ja niitä käytetään antamaan tuotteille korkeat mekaaniset ominaisuudet.

Teollisen alumiinin tuotanto alkaa kemiallinen käsittely  boksiitti, jolla saadaan puhdasta alumiinioksidia Al2O3. Sitten kryoliitti sulatetaan elektrolyysihauteessa ja sitten saatuun sulaan lisätään vähän alumiinioksidia ja muita aineita, jotka parantavat seuraavan kemiallisen prosessin olosuhteita. Sulan elektrolyysin aikana katodiin muodostuu sulaa metallia, jonka alumiinipitoisuus on yli 99,7%.

Puhdasta alumiinia käytetään langan ja folion valmistukseen pakkausmateriaalina. Suurinta osaa sulatusta alumiinista käytetään kuitenkin erilaisten seosten tuottamiseen, joilla on puhtaaseen alumiiniin verrattuna lisääntynyt korroosionkestävyys ja korkeampi tekniset ominaisuudet. Tällaisia \u200b\u200bseoksia ovat duralumiini, silumiini ja muut.

Alumiiniseoksia käytetään laajasti arkkitehtuurissa ja rakentamisessa sekä auto- ja laivanrakennuksessa, ilmailu- ja avaruusteknologiassa sekä jokapäiväisessä elämässä. Alumiinin ja zirkoniumin seosta (zirkaloy) käytetään ydinrakettitieteessä. Eloksoitu alumiini, ulkomuoto  muistuttaa kultaa, erilaisia \u200b\u200bkoruja on tehty.

Metallin nimi "alumiini" tulee latinalaisesta sanasta "alumiini". Kyseisen elementin kemiallinen symboli on ryhmä nimen kahdesta ensimmäisestä kirjaimesta - ”Al”, tuumaa jaksollinen järjestelmä  Kolmanteen ryhmään kuuluvan Dmitri Ivanovitš Mendelejevin atominumero on kolmetoista ja atomimassa on 26.9815.

Katsotaanpa tärkeintä kemialliset ominaisuudet  elementti. Alumiini on kevyt, pehmeä metalli, jonka väri on valkoinen-hopea. Se hapettuu melko nopeasti, sen ominaispaino on 2,7 g / cm3 ja sulamispiste on 660 celsiusastetta.

Alumiini on maapallonkuoren runsasmetallein metalli ja se on kolmannella sijalla kaikkien atomien joukossa sellaisten aineiden kuten happi ja pii jälkeen. Luonnossa kyseistä kemiallista alkuainetta edustaa vain yksi vakaa nuklidit, 27 Al. Erilaisia \u200b\u200balumiinin radioaktiivisia isotooppeja valmistettiin keinotekoisesti, joista pitkäikäisin on 26 Al, sen puoliintumisaika on jopa 720 tuhatta vuotta.

Kuten edellä jo todettiin, alumiini on planeettamme maapallon kuoren runsain metalli, ja se on kolmannella sijalla maankuoren kaikkien tunnettujen kemiallisten elementtien joukossa. Haluan huomata, että tämän metallin osuus on noin kahdeksan prosenttia koko maankuoren koostumuksesta.

Tällä hetkellä alumiinin teollinen tuotanto pääosassa tapahtuu bauksiittimalmin prosessointimenetelmällä. Kaksikymmentäkymmentä yhdeksänkymmentä miljoonaa tonnia baksiittimalmia louhitaan joka vuosi ympäri maailmaa. Aivan vähemmän kuin kolmekymmentä prosenttia maailman tuotannosta tulee Australiasta, ja Jamaikan osuus on viidentoista prosenttia maailman todistetuista bauksiittivarannoista. Samalla kun alumiinin kansainvälisen kulutuksen ja tuotannon nykyinen taso säilyy, nykyiset todistetut metallivarastot riittävät vastaamaan ihmiskunnan tarpeisiin useita satoja vuosia.

Jos tarkastellaan kaikkia nykyisin esiintyviä metalleja, voidaan nähdä, että alumiinilla on monipuolisin sovellus monilla teollisuudenaloilla. Tarkastellaan yksityiskohtaisesti sitä, mitkä teollisuudenalat käyttävät alumiinia useimmiten metallina.

Alumiinia käytetään melko laajasti konepajateollisuudessa. Kaikki tietävät, että tästä metallista valmistetaan lentokoneita. Lisäksi metallia käytetään autojen, meri- ja jokialusten valmistukseen sekä muiden koneiden ja laitteiden osien valmistukseen.

Kemianteollisuudessa alumiinia käytetään ns. Pelkistimenä. Rakennusteollisuudessa tätä metallia käytetään laajalti ikkunakehysten, samoin kuin sisäänkäynti- ja sisäovien, sisustuselementtien ja muiden elementtien valmistuksessa.

Alumiinia käytetään myös elintarviketeollisuudessa apumateriaalina pakkaustuotteiden valmistuksessa. Lisäksi alumiinia käytetään laajalti taloustavaroiden, esimerkiksi alumiinisten ruokailuvälineiden (lusikat, haarukat, keittiöveitset) tai alumiinifoliojen valmistukseen elintarvikkeiden ja muiden tavaroiden valmistukseen.

Tarina

Metallin nimi "Aluminium" tulee latinalaisesta "alumiinista", joka puolestaan \u200b\u200btulee latinalaisesta sanasta "alumen". Joten muinaisina aikoina he kutsuivat alunaa, joka on kalium ja alumiinisulfaatti, jonka kemiallinen kaava on muodossa KAl (SO 4) 2 · 12H 2 O. Nämä aluna kauan  käytetään apuna ihon muokkaamisessa ja käsittelyssä, samoin kuin supistavana aineena.

Alumiinilla on korkea kemiallinen aktiivisuus, minkä vuoksi puhtaan alumiinin avaaminen ja erottaminen kesti noin sata vuotta. 1800-luvun lopulla, vuonna 1754, saksalainen kemian tutkija A. Marggraf päätteli, että alunaa voidaan saada kiinteänä tulenkestävänä aineena, toisin sanoen alumiinioksidina. Marggraf kuvaili sitä vähän erilaisin sanoin, ja sanoi, että oli täysin mahdollista saada "aluna" alunasta (tuolloin he kutsuivat sitä kiinteäksi tulenkestäväksi aineeksi). Hieman myöhemmin tuli selväksi, että täsmälleen sama "maa" voidaan saada tavallisesta savista itsestään, minkä seurauksena tätä "maata" alettiin kutsua alumiinioksidiksi.

Ihmiset onnistuivat saamaan alumiinia metallina vasta vuonna 1825. Pioneerina tällä alalla oli tanskalainen fyysikko H. K. Oersted. Hän käsitteli kalium- ja elohopealejeerinkiä (kemiassa tätä seosta kutsutaan natriumamalgaamiksi) ainetta AlCl3, ts. alumiinikloridi. Tällainen aine voidaan saada tavallisesta alumiinioksidista. Kokeen lopussa Oersted yksinkertaisesti tislasi elohopean, minkä jälkeen oli mahdollista eristää alumiinijauhe, jolla on harmaa sävy.

Yli neljänneksen vuosisadan ajan tämä menetelmä oli ainoa mahdollinen menetelmä metallialumiinin valmistukseen, mutta hiukan myöhemmin se oli mahdollista nykyaikaistaa. Ranskalainen kemian tutkija A.E. Saint-Clair Deville ehdotti vuonna 1854 omaa menetelmää alumiinin tuottamiseksi metallina. Alumiinia uutettaessa hän käytti metallista natriumia, josta oli mahdollista saada aivan uusi metalli, ja oikean metallisen alumiinin ensimmäiset valanteet ilmestyivät historiaan. Tuolloin alumiini oli erittäin kallista, tätä metallia pidettiin arvokkaana ja siitä tehtiin erilaisia \u200b\u200bkoruja ja kalliita asusteita.

Alumiinin teollinen tuotanto alkoi vielä myöhemmin, vasta 1800-luvun lopulla. Vuonna 1886 ranskalainen tutkija P. Héroux ja amerikkalainen tutkija C. Hall kehittivät ja ehdottivat itsenäisesti teollista menetelmää alumiinin tuottamiseksi metallina monimutkaisten kemiallisten seosten, mukaan lukien fluoridi ja alumiinioksidi, sekä muut aineet, sulan elektrolyysin avulla.

Mutta 1800-luvun lopulla sähköä ei vielä käytetty niin laajasti, että alumiiniteollisuus pystyi laajentumaan kokonaan, koska alumiinin tuotantoprosessi vaatii valtavia energiakustannuksia. Juuri tämä tekijä aiheutti viiveen alumiinin laajassa teollisuustuotannossa vielä useita vuosikymmeniä. Teollisuudessa alumiinia valmistettiin vasta 2000-luvulla.

Kotimaassamme alumiini louhittiin vähän myöhemmin kuin lännessä. Näin tapahtui stalinistisen hallinnon ja talouden teollisen kehityksen aikana. Neuvostoliitto. Ensimmäinen teollisuusalumiini valmistettiin teollisesti 14. toukokuuta 1932 ensimmäistä kertaa Neuvostoliitossa. Se tapahtui merkittävä tapahtuma  Volkhovin alumiinitehtaalla, joka rakennettiin aivan Volhovin vesivoimalan viereen. Siitä lähtien alumiinia on tuotettu laajasti monissa maailman maissa, ja sitä ei käytetä yhtä laajasti eniten eri alueilla  modernin yhteiskunnan elämä.

Oleminen luonnossa

Alumiini on yksi yleisimmistä aineista planeetallamme. Kaikista maankuoreen tähän mennessä tunnetuista metalleista se on ensisijaisella sijalla, ja maankuoren kaikkien kemiallisten elementtien joukossa se on kolmannella sijalla, toiseksi vain happea ja piitä. Alumiinin osuus maankuoren kokonaismassasta on noin 8,8 prosenttia.

Maapallon alumiinia on kaksi kertaa enemmän kuin rautaa, kolmesataa viisikymmentä kertaa enemmän kuin kuparin, kromin, sinkin, lyijyn ja tinan yhdistelmää. Alumiini on osa valtavaa määrää erilaisia \u200b\u200bmineraaleja, joista suurin osa on alumiinisilikaatteja ja kiviä. Alumiiniyhdisteet kemiallinen alkuaine  sisältävät savet, basaltit, samoin kuin graniitit, maasälvet ja muut luonnolliset muodostelmat.

Kaikille alumiinin sisältäville kivi- ja mineraalivalikoimille alumiinintuotannon teollisuuden tärkein raaka-aine on vain boksiitti, jonka talletukset ovat hyvin, hyvin harvinaisia. Alueella Venäjän federaatio  vastaavia talletuksia löytyy vain Siperiasta ja Uralista. Lisäksi nefeliini ja alaniitti ovat teollisesti tärkeitä.

Tärkein alumiinimineraali on nykyään boksiitti, joka on emäksisen oksidin seos, jonka kemiallinen kaava on AlO (OH) hydroksidin kanssa, kemiallinen kaava Al (OH) 3. Suurimmat boksiittiesiintymät sijaitsevat esimerkiksi Australiassa (noin 30% maailman varannoista), Jamaikassa, Brasiliassa ja Guineassa. Bauksiitti louhitaan teollisesti muissa maailman maissa.

Aluniitti (ns. Alunakivi) sisältää melko runsaasti alumiinia, jonka kemiallinen kaava on seuraava (Na, K) 2SO 4 · Al 2 (SO 4) 3 · 4Al (OH), samoin kuin nefeliinin kemiallinen kaava (Na, K) 2. O · Al 2 O 3 · 2SiO 2. Mutta tunnetaan yli kaksisataa viisikymmentä mineraalia, joissa on alumiinia. Suurin osa näistä mineraaleista on alumiinisilikaatteja, joista niitä muodostetaan suuremmassa määrin. maakuori  planeettamme. Näiden mineraalien sään aikana muodostuu savea, joka perustuu mineraalikaoliniittiin, jonka kemiallinen kaava on muodossa Al 2 O 3 · 2SiO 2 · 2 H 2 O. Raudan epäpuhtaudet ovat yleensä savissa, mikä antaa sille ruskehtava värin, mutta toisinaan löytyy myös puhdasta valkoista. savi nimeltään kaoliini. Sellaista savea käytetään laajasti erilaisten posliini- tuotteiden sekä keramiikan valmistuksessa.

Erittäin harvinainen on erittäin kova mineraalikorundi, jonka kovuus on huonompi kuin timantilla. Mineraali on kiteinen oksidi, sen kemiallinen kaava on Al 2 O 3, usein se on värillinen johtuen muiden elementtien epäpuhtauksista eri väreissä. Tätä mineraalia on sinisellä lajikkeella, joka sai värinsä raudan ja titaanin epäpuhtauksien takia, se on hyvin tiedossa jalokivi safiiri. Korunia, jolla on punainen epäpuhtaus, kutsutaan rubiiniksi; se sai tällaisen värin kromi-epäpuhtauden takia. Erilaiset epäpuhtaudet voivat värjätä ns. Jaloa mineraalikorundia muissa väreissä, mukaan lukien vihreä, keltainen, violetti, oranssi ja muut eri värejä  ja sävyt.

Alumiini hivenaineena voi olla läsnä planeettamme asukkaiden kudoksissa: kasveissa ja eläimissä. Luonnossa olentoja löytyy alumiinirikasteorganismeista; ne keräävät metallia joihinkin elimiin. Tällaisia \u200b\u200borganismeja ovat rypäleet ja jotkut nilviäiset.

hakemus

Alumiini ja sen seokset ovat sovelluksen toisella sijalla, toiseksi vain raudan ja sen seosten osalta. Alumiinin yleinen käyttö eri aloilla  Se johtuu suurelta osin sen ainutlaatuisista ominaisuuksista: matalasta tiheydestä, ilman korroosionkestävyydestä, korkeasta sähkö- ja lämmönjohtavuudesta ja myös suhteellisen korkeasta lujuudesta. Alumiini on helppo käsitellä: meistäminen, taonta, valssaus jne.

Alumiinin sähkönjohtavuus on melko korkea (65,5% kuparin sähkönjohtavuudesta), korkea lujuus, joten pakkauslanka ja -kalvo on valmistettu puhtaasta alumiinista. Mutta suurin osa alumiinista kuluu seosten valmistukseen. Alumiiniseoksilla on korkea tiheys, hyvä korroosionkestävyys, lämmön ja sähkönjohtavuus, taipuisuus ja lämmönkestävyys. Koriste- tai suojapinnoitteet voidaan levittää helposti tällaisten seosten pintaan.

Alumiiniseosten monimuotoisuus johtuu useista lisäaineista, jotka muodostavat metallien välisiä yhdisteitä tai liuoksia sen kanssa. Suurin osa alumiinista käytetään kevyiden seosten valmistukseen: silumiini, duralumiini jne. Tällaisesta seoksesta kovettumisen jälkeen tulee noin 7 kertaa vahvempi kuin puhdas alumiini ja kolme kertaa kevyempi kuin rauta. Sitä valmistetaan seostamalla alumiinia kuparin, magnesiumin, mangaanin, piin ja raudan kanssa.

Silumiineja käytetään laajasti, ts. alumiiniseokset piin kanssa. Valmistetaan myös lämmönkestäviä ja kryogeenisia seoksia. Alumiiniseosten poikkeuksellinen keveys ja lujuus on erittäin hyödyllinen lentokoneiden valmistuksessa. Esimerkiksi helikopteripotkurit on valmistettu alumiiniseoksesta magnesiumin ja piin kanssa. Alumiinipronssi (11% alumiinia) on erittäin kestävä paitsi merivettämutta myös suolahapossa. Neuvostoliitossa 26 - 57 vuotta. Tällaisesta seoksesta lyötiin kolikot, joiden nimellisarvo oli 1-5 kopioa. Metallurgiassa alumiinia käytetään seosten perustana, samoin kuin seostava lisäaine seoksissa, jotka perustuvat magnesiumiin, rautaan, kupariin, nikkeliin jne.

Alumiiniseoksia käytetään laajasti jokapäiväisessä elämässä, arkkitehtuurissa ja rakentamisessa, laivanrakennuksessa, auto-, avaruus- ja ilmailutekniikka. Ensimmäinen maan päällä valmistettiin alumiiniseoksesta keinotekoinen satelliitti. Zirkaloy - zirkoniumin alumiiniseos - on laajalti käytetty ydinrakettitieteessä. Alumiinia käytetään myös räjähteiden valmistuksessa. Valettu seos trinitrotolueenia ja alumiinijauhetta, ts. Alumotoli on yksi tehokkaimmista räjähtävistä teollisuuden aineista. Sytyttävät koostumukset sisältävät alumiinin lisäksi hapettavan aineen perkloraatin, nitraatin. Zvyozdochkan pyrotekninen koostumus sisältää myös alumiinia. Termiitti, ts. alumiinijauheen ja muiden metallien oksidien seosta käytetään erilaisten seosten ja metallien sytyttämiseen tarkoitettuihin ammuksiin hitsauskiskojen valmistamiseksi.

On syytä huomata mahdollisuus värjätä alumiinioksidikalvo metallipinnalle, joka saadaan sähkökemiallisella menetelmällä. Tällaista alumiinia kutsutaan anodisoiduksi. Anodisoitu alumiini näyttää kullalta ja toimii korujen valmistuksen materiaalina.

Kun käytät alumiinituotteita jokapäiväisessä elämässä, sinun on ymmärrettävä, että vain nesteitä, joilla on neutraali happamuus, kuten vesi, voidaan säilyttää alumiiniastioissa tai kuumentaa siinä. Jos keität hapankeittoa alumiinipannussa, ruoka saa epämiellyttävän metallisen jälkimaun. Siksi alumiini-keittiövälineiden käyttö ei ole suositeltavaa.

Noin neljännes kaikesta maailman tuotetusta alumiinista muodostuu rakentamisesta, sama määrä käytetään liikennetekniikkaan, noin 15% käytetään pakkausmateriaalien valmistukseen ja kymmenesosa käytetään radioelektroniikkaan.

tuotanto

Charles Martin Hall avasi vuonna 1886 modernin alumiinintuotantomenetelmän. 16-vuotiaana hän kuuli opettajansa F.F.Juettin sanovan, että henkilö, joka löysi halvan tavan tuottaa alumiinia, ei ole vain uskomattoman varakas, vaan myös palvelee suurta palvelua koko ihmiskunnalle. Joett näytti opiskelijoilleen pienen näytteen metallista, ja Charles Charles Hall ilmoitti löytävänsä tavan hankkia se.

Kuuden vuoden ajan Hall työskenteli alumiinin kanssa, kokeillut kaikkia menetelmiä, mutta turhaan. Lopulta hän päätti käyttää elektrolyysiä. Siksi tuona ajankohtana ei ollut voimalaitoksia sähkövirta vastaanotettu valtavista hiili-sinkki-akkuista, joissa on rikki- ja typpihappoja. Hall perusti pienen laboratorion navettaansa. Hänen sisarensa Julia auttoi veljeään kaikin mahdollisin tavoin; hän onnistui pitämään kaikki muistiinpanonsa, joiden avulla löytö voidaan jäljittää päivältä.

Vaikein työskennellä oli elektrolyytin valinta, samoin kuin alumiinin suojaaminen hapettumiselta. Kuuden kuukauden uupuneen työn jälkeen he onnistuivat lopulta saamaan muutaman metallipalloa. Tunteiden vaikutuksesta Hall juoksi heti entisen opettajansa luo ja näytti hänelle hopeapalloja sanoilla “sain sen!”. Tämä tapaus tapahtui 02.23.1886. Kuten outoa kuin miltä näyttää, ranskalainen Paul Héroux otti keksinnön patentin kahden kuukauden kuluttua tästä päivämäärästä. Itse asiassa he löysivät toisistaan \u200b\u200briippumatta melkein samanaikaisesti menetelmän alumiinin valmistamiseksi. Mielenkiintoista on, että myös näiden tutkijoiden syntymä- ja kuolemanvuodet ovat samat.

Ensimmäiset kymmenen palloa, jotka Hall onnistui tuottamaan, varastoidaan Pittsburghissa American Aluminium Companyssa. Tätä tuotetta pidetään kansallisena jäännöksenä. Pittsburgh Collegessa on alumiinista valettu sali-monumentti.

21-vuotiaasta tiedemiehestä, kuten hänen opettajansa ennustaa, sai maailmanlaajuinen tunnustus, hänestä tuli kuuluisa ja varakas mies. Kaikki oli hyvin hänen kanssaan, mutta ei sisällä henkilökohtainen suunnitelma. Hallin morsian ei kyennyt tottelemaan tosiasiaa, että sulhanen viettää koko ajan laboratoriossa, ja myöhemmin kihla päättyi, koska hän ei ollut koskaan mennyt naimisiin. Sen jälkeen Hall palasi kotikaupunkiinsä, missä hän työskenteli elämänsä loppuun asti. Sanottiin, että Hallin yliopisto oli sekä äiti että vaimo ja lapset. Charles Martin Hall testamentti syntyperäiselle yliopistolleen suuren osan perintöstään, nimittäin 5 000 000 dollaria (tuolloin se oli vain kosminen summa). Hall kuoli leukemiaan 51-vuotiaana.

Hallin ja Eru: n kehittämä menetelmä antoi mahdolliseksi saada valtava määrä alumiinia sähkön avulla. Suhteellisen edullinen menetelmä meni melko pian teolliselle tasolle. Jos vertaat alumiinin määrää ennen avaamista ja sen jälkeen, kaikki selviää heti. Vuosina 1855-1890 vain 200 tonnia metallia tuotettiin, kun taas vuosina 1890-1900 Charles Martin Hallin menetelmällä 28 000 tonnia metallia vastaanotettiin kaikkialta maailmasta. 1900-luvun 30-luvun alussa maailman tuotanto  vuoden alumiini oli 300 tuhatta tonnia. Nykyään tuotetaan noin 15 miljoonaa tonnia alumiinia vuodessa.

Erityisesti suunnitelluissa kylpyammeissa, joiden lämpötila on noin 965 ° C, tekninen Al2O3 (alumiinioksidiliuos) elektrolysoidaan Na3AlF6: ssa, ts. sulan kryoliitin, joka syntetisoidaan tai louhitaan osittain mineraalina. Nestemäinen alumiini (katodi) kerääntyy kylvyn pohjaan ja happea vapautuu sisäisille anodeille, jotka palavat vähitellen. Jos jännite on alhainen ja on noin 4,5 V, virrankulutus on noin 250 tuhatta A. Jotta 1 tonni alumiinia voidaan tuottaa, tarvitaan 1 päivä ja 15 tuhatta kW / h sähköä. Vertailun vuoksi, kolmen oven yhdeksän kerroksisessa rakennuksessa olisi ollut tätä energiaa yli kuukauden. Alumiinin tuotannossa muodostuu haihtuvia yhdisteitä, joten metallin tuotantoa pidetään ympäristölle vaarallisena tuotantona.

Fysikaaliset ominaisuudet

Yleisesti ottaen fysikaaliset ominaisuudet  alumiini on tyypillinen metalli. Sen kidehila on kuutiomainen, kasvokeskeinen. Metalli a: n parametri on 0,40403 nm. Alumiinin sulamislämpötila puhtaassa muodossaan on 660 celsiusastetta, metallin kiehumispiste on 2450 celsiusastetta, aineen tiheys on 2,6989 grammaa kuutiometriä kohti. Tarkasteltavana olevassa metallissa lineaarisen paisumisen lämpötilakerroin on noin 2,5 · 10 - 5 K -1. Alumiinilla on vakio elektroninen potentiaali, jota voidaan edustaa nimellä Al 3+ / Al-1,663V.

Metallin massan perusteella voidaan todeta, että alumiini on yksi planeetan kevyimmistä metallisista aineista. Vain metallit, kuten magnesium ja beryllium, sekä maa-alkali- ja alkalimetallit, vähemmän bariumia, ovat sitä kevyempiä. Alumiinin sulaminen on melko yksinkertaista, tätä varten on tarpeen lämmittää metalli lämpötilaan 660 celsiusastetta. Esimerkiksi ohut alumiinilanka voidaan sulattaa yksinkertaisen kodin kaasuliesi tavalliseen polttimeen. Kiehumispisteen saavuttaminen on kuitenkin paljon vaikeampaa, alumiini alkaa kiehua vasta kun se saavuttaa 2452 celsiusastetta.

Sähköä johtavien ominaisuuksiensa perusteella alumiini sijoittuu neljänneksi kaikkien muiden metallien joukossa. Se on huonompi kuin hopea, joka muuten on ensinnäkin, ja myös alempi kuin kupari ja kulta. Tämä tosiasia määrittelee metallin laajan käytännön käytön, mikä johtuu suurelta osin sen suhteellisesta edullisuudesta. Täsmälleen samassa järjestyksessä myös edellä mainittujen metallien lämmönjohtavuus muuttuu. On melko helppoa tarkistaa alumiinin kyky johtaa lämpöä nopeasti käytännössä, pudota vain alumiinilusikka kuumaan teeseen tai kahviin ja tunnet heti, kuinka nopeasti lusikka on lämmennyt.

Toinen harvinainen ja monin tavoin alumiinin ainutlaatuinen ominaisuus on sen heijastavuus. Sileä kiillotettu kiiltävä metallipinta heijastaa täydellisesti valonsäteitä. Heijastuen kahdeksankymmenestä yhdeksänkymmeneen prosenttiin valosta spektrin näkyvällä alueella, tarkka luku riippuu suurelta osin itse aallonpituudesta. Alueella ultravioletti säteily  alumiinilla ei yleensä ole tasavertaisuutta muiden metallien kanssa, tässä sen heijastuskyky on yksinkertaisesti ainutlaatuinen. Esimerkiksi hopealla on ultravioletissa hyvin heikko heijastavuus. Mutta infrapuna-alueella alumiini on heikommissa ominaisuuksissa huonompi kuin hopea.

Puhdas alumiini, jossa ei ole kaikenlaisia \u200b\u200bepäpuhtauksia, on melko pehmeä metalli. Haluan huomata, että se on noin kolme kertaa pehmeämpi kuin sama kupari. Siksi melko paksut alumiinitangot tai koristelistat ovat yllättävän helppo taivuttaa ilman paljon vaivaa. Mutta tämä on vain puhtaassa muodossaan, joissakin kymmenistä tunnetuista alumiiniseoksista, metallin kovuus kasvaa useita kertoja tai jopa kymmeniä kertoja.

Lisäksi alumiinilla on erittäin heikko alttius ympäristökorroosiolle.
Alumiini ja sen seokset tuotantomenetelmällä voidaan jakaa kolmeen tyyppiin:

• - muodonmuutos;
• - altistettu painekäsittelylle;
• - valimot, joita käytetään muotoiltujen valukappaleiden muodossa.

  Alumiiniseokset voidaan jakaa lämpökäsittelyn käytön mukaan:

• - ei termisesti kovettuva;
• - termisesti kovettuva.

Edellä olevia luokituksia lukuun ottamatta alumiiniseokset voidaan jakaa lejeerinkijärjestelmiin.

Kemialliset ominaisuudet

Alumiini on melko aktiivinen metalli. Alumiinin korroosionesto-ominaisuudet johtuvat siitä, että ilmassa se on peitetty paksulla Al 2 O 3 -oksidikalvolla, joka estää hapen tunkeutumisen edelleen. Kalvo muodostuu myös, jos metalli asetetaan typpihappokonsentraattiin.

Alumiinin hapetustila on +3. Mutta alumiini pystyy myös muodostamaan luovuttaja-vastaanottaja-sidoksia täyttämättömien 3D- ja 3p-kiertoratojen takia. Siksi sellainen ioni kuin Al3 + on alttiina kompleksoitumiseen ja muodostaa anionisia ja kationisia komplekseja: AlF6-3, AlCl4-, Al (OH) 4-, Al (OH) 6-3 ja monet muut. On komplekseja orgaanisten yhdisteiden kanssa.

Kemiallisen aktiivisuutensa perusteella alumiini sijaitsee heti magnesiumin jälkeen. Tämä voi tuntua oudolta, koska alumiinituotteet eivät hajoa ilmassa tai kiehuvassa vedessä, toisin kuin rauta, alumiini ei ruostu. Mutta kaikki tämä johtuu alumiinin suojaavasta oksidikuoresta. Jos poltin alkaa kuumentaa ohutta metallilevyä 1 mm paksuiseksi, se sulaa, mutta se ei valu, koska aina oksidikuoressa. Mutta jos jätät alumiinilta sen suojaavan "panssarin", joka voidaan saavuttaa upottamalla elohopessuolojen liuokseen, se alkaa heti osoittaa sen "heikkoutta". Jopa huoneenlämpötilassa se reagoi voimakkaasti veden kanssa vapauttaen vetyä 2Al + 6H20 -\u003e 2Al (OH) 3 + 3H2. Ja ollessaan ilma, alumiini, josta on poistettu suojakalvo, muuttuu yksinkertaisesti jauheeksi 2Al + 3O 2 -\u003e 2Al 2 O 3. Hajanaisessa tilassa alumiini on erityisen aktiivista, metallipöly palaa heti tuleen. Jos otat ja sekoitat alumiinin pölyn natriumperoksidin kanssa ja tiputat sitten vesiseosta, alumiini liejuu helposti ja palaa valkoisella liekillä.

Tiiviin sidoksensa kanssa hapen kanssa alumiini voi kirjaimellisesti "ottaa" happea muiden metallien oksidista. Esimerkiksi termiittiseos. Kun se poltetaan, vapautuu niin paljon lämpöä, että tuloksena oleva rauta alkaa sulaa 8Al + 3Fe 3 O 4 -\u003e 4Al 2 O 3 + 9Fe. Tätä menetelmää käyttämällä CoO, Fe203, NiO, V205, Mo03 ja joukko muita oksidia pelkistetään metalleiksi. Oksidien Cr203, Nb205, Ta205, Si02, Ti02, ZrO2, B203, aluminotermialla reaktiolämpö ei kuitenkaan riitä saavuttamaan reaktiotuotteiden sulamislämpötilaa.

Alumiini liukenee helposti mineraalihapoihin suolojen muodostamiseksi. Typpihappokonsentraatti auttaa sakeuttamaan metallioksidikalvoa; tämän käsittelyn jälkeen alumiini lakkaa vastaamasta jopa kloorivetyhappoon. Anodisointia käyttämällä metallipintaan muodostuu paksu kalvo, joka voidaan helposti maalata eri väreillä.

Reaktio 3CuCl2 + 2Al -\u003e 2AlCl 3 + 3Cu kulkee melko helposti, johtaen paljon lämpöä, kaikki tämä johtuu kuparikloridin aiheuttamasta suojakalvon nopeasta tuhoutumisesta. Kun metalli sulatetaan emäksillä, muodostuu niin kutsuttuja vedettömiä aluminaatteja: Al 2 O 3 + 2NaOH -\u003e 2NaAlO 2 + H 2 O. On myös puolijalkaa aluminaattia Mg (AlO2) 2, tämä on spinellikivi.

Alumiini reagoi kiivaasti halogeenien kanssa. Jos ohut alumiinilanka asetetaan 1 ml: aan bromia, se syttyy kirkkaasti jonkin ajan kuluttua. Jos sekoitat alumiinin ja jodin jauheita, reaktio voidaan aloittaa tiputtamalla vettä, jonka jälkeen voit havaita kirkkaan liekin ja violetin savun jodista. Alumiinihalogeeneillä on aina happoreaktio AlCl3 + H20 -\u003e Al (OH) Cl2 + HCl, mikä johtuu hydrolyysistä.

Alumiini reagoi typen kanssa vain 800 ° C: n lämpötilassa, kun taas muodostuu AlN-nitridiä, fosforin kanssa 500 ° C: n lämpötilassa, ja muodostuu AlP-fosfidia. Rikkillä reaktio alkaa saavuttaa 200 ° C, jolloin muodostuu sulfidia Al2S3. Borideja AlB2 ja AlB12 muodostuu, kun booria lisätään sulaan alumiiniin.