Алюминии

Структура презентации 1. Положение в таблице Положение в таблице 2. Получение Получение 3. Физические свойства Физические свойства 4. Химические свойства Химические свойства 5. Нахождение в природе Нахождение в природе 6. Производство Производство 7.Применение Применение

Положение в таблице Алюми́нии элемент главной подгруппы третьей группы третьего периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, атомный номер 13. Обозначается символом Al (от лат. Aluminium). Относится к группе легких металлов. Наиболее распространённый металл и третий по распространённости (после кислорода и кремния) химический элемент в земной коре.

Интересно: Для производства 1 т алюминия чернового требуется 1,920 т глинозёма, 0,065 т криолита, 0,035 т фторида алюминия, 0,600 т анодной массы и 17 тыс. к Вт·ч электроэнергии постоянного тока. Получение Впервые алюминии был получен Гансом Эрстедом в 1825 году действием амальгамы калия на хлорид алюминия с последующей отгонкой ртути. Получение Современный метод получения был разработан независимо американцем Чарльзом Холлом и французом Полем Эру в 1886 году. Он заключается в растворении оксида алюминия Al2O3 в расплаве криолита Na3AlF6 с последующим электролизом с использованием графитовых электродов. Такой метод получения требует больших затрат электроэнергии, и поэтому оказался востребован только в XX веке.

Физические свойства Металл серебристо-белого цвета, лёгкий, плотность 2,7 г/см³, температура плавления у технического алюминия 658 °C, у алюминия высокой чистоты 660 °C, удельная теплота плавления 390 к Дж/кг, температура кипения 2500 °C, удельная теплота испарения 10,53 МДж/кг, временное сопротивление литого алюминия кг/мм², деформируемого кг/мм², сплавов кг/мм². Твёрдость по Бринеллю кгс/мм², высокая пластичность: у технического 35 %, у чистого 50 %, прокатывается в тонкий лист и даже фольгу. Алюминии обладает высокой электропроводностью (0,0265 мк Ом*м) и теплопроводностью (1,24*103 Вт/(м*К)), 65 % от электропроводности меди, обладает высокой светоотражательной способностью. Слабый парамагнетик. Температурный коэффициент линейного расширения 24,58*106 К1 ( °C). Алюминии образует сплавы почти со всеми металлами. Наиболее известны сплавы с медью и магнием (дюралюминии) и кремнием (силумин).

Химические свойства При нормальных условиях алюминии покрыт тонкой и прочной оксидной плёнкой и потому не реагирует с классическими окислителями: с H2O (t°);O2, HNO3 (без нагревания). Благодаря этому алюминии практически не подвержен коррозии и потому широко востребован современной индустрией. Однако при разрушении оксидной плёнки (например, при контакте с растворами солей аммония NH4+, горячими щелочами или в результате амальгамирования), алюминии выступает как активный металл-восстановитель. Легко реагирует с простыми веществами: кислородом, галогенами. С другими неметаллами реагирует при нагревании с: серой, азотом, углеродом. Со сложными веществами с: водой, щелочами

Нахождение в природе Природный алюминии состоит практически полностью из единственного стабильного изотопа 27Al со следами 26Al, радиоактивного изотопа с периодом полураспада 720 тыс. лет, образующегося в атмосфере при бомбардировке ядер аргона протонами космических лучей. По распространённости в природе занимает 1-е среди металлов и 3-е место среди элементов, уступая только кислороду и кремнию. Процент содержания алюминия в земной коре по данным различных исследователей составляет от 7,45 до 8,14 % от массы земной коры. В природе алюминии в связи с высокой химической активностью встречается почти исключительно в виде соединении. Некоторые из них: 1. Бокситы Al2O3 H2O (с примесями SiO2, Fe2O3, CaCO3) 2. Нефелины KNa3[AlSiO4]4 3. Алуниты KAl(SO4)2 2Al(OH)3 4. Корунд Al2O3 5. Полевой шпат (ортоклаз) K2O×Al2O3×6SiO2 6. Каолинит Al2O3×2SiO2 × 2H2O 7. Алунит (Na,K)2SO4×Al2(SO4)3×4Al(OH)3 8. Берилл 3ВеО Al2О3 6SiO2 9. В природных водах алюминии содержится в виде 10. малотоксичных химических соединении, например, 11. фторида алюминия. Вид катиона или аниона зависит, 12.Глинозёмы (смеси каолинов с песком SiO2, известняком CaCO3, магнезитом MgCO3) 13. Тем не менее, в некоторых специфических восстановительных условиях возможно образование самородного алюминия. 14. в первую очередь, от кислотности водной среды. Концентрации алюминия в поверхностных водных объектах России колеблются от 0,001 до 10 мг/л.

Производство К императору Тиберию (42 год до н. э. 37 год н. э.)пришел один ювелир и показал ему тарелку сделанную из Al. Ювелир сказал, что только он знает способ создания такого метала из глины. Император испугался, что этот метал может обесценить золото и серебро. Поэтому приказал казнить ювелира. Теория первая Теория вторая Лишь почти через 2000 лет в 1825 году, датский физик Ханс Христиан Эрстед получил несколько миллиграммов металлического алюминия, а в 1827 году Фридрих Вёлер смог выделить крупинки алюминия, которые, однако, на воздухе немедленно покрывались тончайшей пленкой оксида алюминия. До конца XIX века алюминии в промышленных масштабах не производился. Теория третья Только в 1854 году Анри Сент-Клер Девиль изобрёл первый способ промышленного производства алюминия, основанный на вытеснении алюминия металлическим натрием из двойного хлорида натрия и алюминия NaCl·AlCl3. В 1855 году был получен первый слиток металла массой 68 кг. За 36 лет применения, с 1855 по 1890 год, способом Сент-Клер Девиля было получено 200 тонн металлического алюминия. В 1856 году он же получил алюминии электролизом расплава хлорида натрия-алюминия.

Применение Широко применяется как конструкционный материал. Основные достоинства алюминия в этом качестве лёгкость, податливость штамповке, коррозионная стойкость (на воздухе алюминии мгновенно покрывается прочной плёнкой Al2O3, которая препятствует его дальнейшему окислению), высокая теплопроводность, не ядовитость его соединении. В частности, эти свойства сделали алюминии чрезвычайно популярным при производстве кухонной посуды, алюминиевой фольги в пищевой промышленности и для упаковки. Высокий коэффициент отражения в сочетании с дешевизной и лёгкостью напыления делает алюминии идеальным материалом для изготовления зеркал. В производстве строительных материалов как газообразующий агент. Алитированием придают коррозионную и окалиностойкость стальным и другим сплавам, например клапанам поршневых ДВС, лопаткам турбин, нефтяным платформам, теплообменной аппаратуре, а также заменяют цинкование. Сульфид алюминия используется для производства сероводорода. Идут исследования по разработке пенистого алюминия как особо прочного и лёгкого материала.

Электропроводность алюминия всего в 1,7 раза меньше, чем у меди, при этом алюминии приблизительно в 2 раза дешевле. Поэтому он широко применяется в электротехнике для изготовления проводов, их экранирования и даже в микроэлектронике при изготовлении проводников в чипах. Меньшую электропроводность алюминия (37 1/ом) по сравнению с медью (63 1/ом) компенсируют увеличением сечения алюминиевых проводников. Недостатком алюминия как электротехнического материала является наличие прочной оксидной плёнки, затрудняющей пайку.

Основной недостаток алюминия как конструкционного материала малая прочность, поэтому его обычно сплавляют с небольшим количеством меди и магния (сплав называется дюралюминии). Благодаря комплексу свойств широко распространён в тепловом оборудовании. Алюминии и его сплавы сохраняют прочность при сверхнизких температурах. Благодаря этому он широко используется в криогенной технике.

Высокий коэффициент отражения в сочетании с дешевизной и лёгкостью напыления делает алюминии идеальным материалом для изготовления зеркал.