Н.Г. Чернышевский: «Этому атому суждено великое будущее! Пред вами друзья, металл социализма…»

Легенда об алюминии Древний и сторик Г линий с тарший р ассказывает о б и нтересном событии, к оторое п роизошло п очти д ва т ысячелетия н азад. Однажды к р имскому и мператору Т иберию п ришел н езнакомец. В дар и мператору о н п реподнес и зготовленную и м ч ашу и з блестящего м еталла. М астер п оведал, ч то э тот н икому н е известный м еталл о н с умел п олучить и з г линистой з емли. Б оясь, что н овый м еталл с е го п рекрасными с войствами о бесценит хранившиеся в к азне з олото и с еребро, и мператор п овелел о трубить и зобретателю г олову, а е го м астерскую р азрушить.

Алюминий Алюминий (Aluminium) - химический элемент третьей группы периодической системы. Атомный номер 13, атомная масса 26,9815, валентность III, и степенью окисления +3. Обозначается латинскими буквами Al. Это серебристо-белый металл, легкий (r = 2,7 г/см3), легкоплавкий (t пл = 660,4 °С), пластичный, легко вытягивается в проволоку и фольгу. Электропроводность алюминия довольно высока и уступает только серебру (Ag) и меди (Cu) (в 2,3 раза больше чем у меди). Элемент состоит из устойчивого изотопа 27 Al.

Химические свойства алюминия Химические свойства алюминия Алюминий отличается также своей химической активностью. Порошкообразный алюминий энергично сгорает на воздухе. Если поверхность алюминия потереть солью ртути (HgCl2), то произойдет следующая реакция 2Al + 3HgCl 2 = 2AlCl 3 + 3Hg Выделившаяся ртуть растворяет алюминий с образованием сплава алюминия с ртутью - амальгаму, которая не удерживается на поверхности алюминия, поэтому, если результат этого опыта поместить в воду, то мы увидим бурную реакцию 2Al +6HOH = 2Al(OH) 3 ¯ + 3H 3 ­ Эта реакция говорит об очень высокой химической активности чистого алюминия. Остается удивляться как посуда из алюминия не растворяется прямо у нас на глазах когда мы наливаем в неё воду. Секрет подобного поведения алюминия прост - он настолько активен, что именно благодаря этой своей способности сталь интенсивно окисляться постоянно покрыт плотной окисной пленкой Al 2 O 3, которая и препятствует его дальнейшему окислению.

Нахождение в природе Алюминий находится практически везде на земном шаре, так как его оксид (Al 2 O 3 ) составляет основу глинозема. Алюминий в природе встречается в соединениях - его основные минералы: боксит - смесь минералов диаспора, бемита AlOOH, гидраргиллита Al(OH) 3 и оксидов других металлов - алюминиевая руда; алунит - (Na,K) 2 SO 4 * Al 2 (SO 4 ) 3 * 4Al(OH) 3 ; нефелин - (Na,K) 2 O * Al 2 O 3 * 2SiO 2 ; корунд - Al 2 O 3 - прозрачные кристаллы; полевой шпат (ортоклаз) - K 2 O * Al 2 O 3 * 6SiO 2 ; каолинит - Al 2 O 3 * 2SiO 2 * 2H 2 O - важнейшая составляющая часть глины и другие алюмосиликаты, входящие в состав глин. И хотя содержание его в земной коре 8,8% (для сравнения, например, железа в земной коре 4,65% - в два раза меньше), а по распространенности занимает третье место после кислорода (O 2 ), кремния (Si) в свободном состоянии впервые был получен в 1825 году Х. К. Эрстедом.

Немецкий химик Ф. Вёлер в 1827 получил алюминий при нагревании хлорида алюминия AlCl 3 со щелочными металлами калием (K) и натрием (Na) без доступа воздуха. AlCl 3 + 3K = 3KCl + Al (Реакция протекает с выделением тепла). Для промышленного применения этот способ неприменим из-за его экономической невыгодности, поэтому был разработан способ добычи алюминия из бокситов путем электролиза. Это весьма энергоемкое производство, поэтому заводы, производящие алюминий, как правило, располагаются недалеко от электростанций.

Это весьма энергоемкое производство, поэтому заводы, производящие алюминий, как правило, располагаются недалеко от электростанций.

Около 100 лет назад Николай Гаврилович Чернышевский,сказал об алюминии, что этому металлу суждено великое будущее, что алюминий – металл социализма. В XX в. алюминий стал основой многих конструкционных материалов.. В природе четвертый по химической распрост­раненности элемент (первый среди металлов). Любопытно проследить динамику производства алюминия за полтора столетия, прошедших с тех пор, как человек впервые взял в руки кусочек легкого серебристого металла. Промышленных способов получения алюминия не существовало, в лабораториях же его получали в лучшем случае килограммами, а скорее – граммами. Когда в 1855 г. на Всемирной парижской выставке впервые был выставлен алюминиевый слиток, на него смотрели как на редчайшую драгоценность. В 1855 г. французский химик Анри Этьенн Сент- Клер Девиль разработал первый промышленный способ получения алюминия, основанный на вытеснении элемента 13 металлическим натрием из двойного хлорида натрия и алюминия. Промышленных способов получения алюминия не существовало, в лабораториях же его получали в лучшем случае килограммами, а скорее – граммами. Когда в 1855 г. на Всемирной парижской выставке впервые был выставлен алюминиевый слиток, на него смотрели как на редчайшую драгоценность. В 1855 г. французский химик Анри Этьенн Сент- Клер Девиль разработал первый промышленный способ получения алюминия, основанный на вытеснении элемента 13 металлическим натрием из двойного хлорида натрия и алюминия.

За 36 лет, с 1855 по 1890 г., способом Сент-Клер Девиля было получено 200 т металлического алюминия. В последнее десятилетие XIX в (уже по новому способу) в мире получили 28 тыс. т алюминия. В 1930 г. мировая выплавка этого металла составила 300 тыс. т. В 1975 г. только в капиталистических странах получено около 10 млн. т алюминия, причем эти цифры – не наивысшие. Столь же поразительны перемены и в стоимости алюминия. В 1825 г. он стоил в 1500 раз дороже железа, в наши дни – лишь втрое. Сегодня алюминий дороже простой углеродистой стали, но дешевле нержавеющей. Если рассчитывать стоимость алюминиевых и стальных изделий с учетом их массы и относительной устойчивости к коррозии, то оказывается, что в наши дни во многих случаях значительно выгоднее применять алюминий, чем сталь.

Промышленное производство В настоящее время чистый оксид алюминия добывают из глины. Боксит содержит очень большое количество оксида алюминия (50-70 %) и является основной промышленной рудой алюминия. Советскими химиками разработан и основан новый процесс переработки хибинского минерала – нефелина (Na 2 Al 2 Si 2 O 8 ) на оксид алюминия. В последнее время пытаются также использовать дистеновые сланцы, содержащие % оксида алюминия, и другие минералы: лейцит, алунит. Но ни один из этих минералов, кроме нефелина, еще не может заменить боксит. Производство металлического алюминия основано на двух самостоятельных процессах. Прежде всего, из боксита после довольно сложной обработки извлекается чистый безводный оксид алюминия – глинозем. Затем оксид алюминия подвергается электролизу в специальных ваннах, выложенных графитовыми плитами. Порошок глинозема загружается в эти ванны в смеси с порошком криолита. При включении мощного электрического тока развивается высокая температура (около 1000 ); криолит плавится и растворяет в себе глинозем, который в дальнейшем разлагается током на Al и O 2. Дно ванны служит при этом катодом и на нем собирается расплавленный алюминий. Через особый кран его опускают и разливают по формам, где он и застывает в виде блестящих брусков. Вряд ли можно назвать много элементов, которые сделали бы столь блестящую и быструю карьеру, как алюминий! Пройдут столетия, и наше время, возможно, будут называть алюминиевым веком!

Оксид алюминия Инертность оксида алюминия настолько велика, что покрытый им алюминий практически не реагирует с концентрированной и разбавленной азотной кислотой (HNO 3 ), с трудом взаимодействует с концентрированной и разбавленной серной кислотой (H 2 SO 4 ), не растворяется в ортофосфорной кислоте (H 3 PO 4 ). Хотя, даже при обычной температуре, реагирует с хлором (Cl 2 ) и бромом (Br 2 ) а при нагревании с фтором (F 2 ), йодом (I 2 ), серой (S ), углеродом (C ), азотом (N 2 ), растворяется в растворах щелочей. Оксид алюминия используют для получения некоторых марок цемента, для обработки поверхностей, так как он обладает высокой твердостью (разновидность оксида - корунд). Оксид алюминия (глинозем) существует в нескольких кристаллических модификациях из которых устойчивы a-форма и g-форма. Но даже только одна форма a-Al 2 O 3 в природе очень многолика - это и рубин и сапфир, лейкосапфир и др. - все это разновидности минерала корунд. g-Форма более химически активна, может существовать и аморфном состоянии но при 900 °С необратимо переходит в a- форму.

Температура плавления оксида алюминия 2053 °С (а кипения вообще больше 3000 °С ). Для сравнения - температура плавления самого алюминия 660,4 °С. Поэтому и возникали трудности с добычей алюминия, несмотря на его широкое распространение. Оксид алюминия Al 2 O 3 получают либо сжиганием алюминия путем вдувания порошка алюминия в пламя горелки, 4Al + 3O 2 =2Al 2 O 3 либо превращением по схеме HCl или H 2 SO 4 NaOH или KOH t °С Al---->соль---- >Al(OH) >Al 2 O 3

Алюминотермия В 1865 г. известный русский химик Н.Н. Бекетов открыл метод восстановления металлов с помощью алюминия, получивший название алюминотермии. Сущность метода состоит в том, что при поджигании смеси окислов многих металлов с элементарным алюминием происходит восстановление этих металлов. Если окисел взят в избытке, то полученный металл будет почти свободным от примеси элемента 13. Этим методом сейчас широко пользуются при получении хрома, ванадия, марганца.

Дуралюмины Магналии Силумины САП

Дуралюмины Дуралюмины - от французского слова dur - твердый, трудный и aluminium - твердый алюминий. Дуралюмины - сплавы на основе алюминия, содержащие: 1,4-13% Cu, 1,4-13% Cu, 0,4-2,8% Mg, 0,4-2,8% Mg, 0,2-1,0% Mn, 0,2-1,0% Mn, иногда 0,5-6,0% Si, иногда 0,5-6,0% Si, 5-7% Zn, 5-7% Zn, 0,8-1,8% Fe, 0,8-1,8% Fe, 0,02-0,35% Ti и др. 0,02-0,35% Ti и др. Дуралюмины - наиболее прочные и наименее коррозионно-стойкие из алюминиевых сплавов. Склонны к межкристаллической коррозии. Для защиты листового дуралюминия от коррозии его поверхность плакируют[1] чистым алюминием. Они не обладают хорошей свариваемостью, но благодаря своим остальным характеристикам применяются везде, где необходима прочность и легкость. Наибольшее применение нашли в авиастроении для изготовления некоторых деталей турбореактивных двигателей.

Магналии Магналии - названы так из-за большого содержания в них магния (Mg), сплавы на основе алюминия, содержащие: 5-13% Mg, 5-13% Mg, 0,2-1,6% Mn, 0,2-1,6% Mn, иногда 3,5-4,5% Zn, иногда 3,5-4,5% Zn, 1,75-2,25% Ni, 1,75-2,25% Ni, до 0,15% Be, до 0,15% Be, до 0,2% Ti, до 0,2% Ti, до 0,2% Zr и др. до 0,2% Zr и др. Магналии отличаются высокой прочностью и устойчивостью к коррозии в пресной и даже морской воде. Магналии также хорошо устойчивы к воздействию азотной кислоты HNO 3, разбавленной серной кислоты H 2 SO 4, ортофосфорной кислоты H 3 PO 4, а также в средах, содержащих SO 2. Применяются как конструкционный материал в : авиастроении; судостроении; машиностроении (сварные баки, заклепки, бензопроводы маслопроводы); для изготовления арматуры строительных сооружений; для изготовления деталей холодильных установок; для изготовления декоративных бытовых предметов и др. При содержании Mg выше 6% магналии склонны к межкристаллической коррозии

Силумины Силумины - сплавы на основе алюминия с большим содержанием кремния (Si). В состав силуминов входят: 3-26% Si, 3-26% Si, 1-4% Cu, 1-4% Cu, 0,2-1,3% Mg, 0,2-1,3% Mg, 0,2-0,9% Mn, 0,2-0,9% Mn, иногда 2-4% Zn, иногда 2-4% Zn, 0,8-2% Ni, 0,8-2% Ni, 0,1-0,4% Cr, 0,1-0,4% Cr, 0,05-0,3% Ti и др. 0,05-0,3% Ti и др. При своих относительно невысоких прочностных характеристиках силумины обладают наилучшими из всех алюминиевых сплавов литейными свойствами. Они наиболее часто используются там, где необходимо изготовить тонкостенные или сложные по форме детали. По коррозионной стойкости занимают промежуточное положение между дуралюминами и магналиями. Нашли свое основное применение в: авиастроении;вагоностроении; автомобилестроении и строительстве сельскохозяйственных машин для изготовления картеров, деталей колес, корпусов и деталей приборов.

САП САП - сплавы, состоящие из Al и 20-22% Al 2 O 3. Получают спеканием окисленного алюминиевого порошка. После спекания частицы Al 2 O 3 играют роль упрочнителя. Получают спеканием окисленного алюминиевого порошка. После спекания частицы Al 2 O 3 играют роль упрочнителя. Прочность данного соединения при комнатной температуре ниже, чем у дуралюминов и магналиев, но при температуре превышающей 200 °С превосходит их. При этом САП обладают повышенной стойкостью к окислению, поэтому они незаменимы там, где температура эксплуатации превышает 400 °С.

Алюминиевые сплавы обладают малой плотностью (2,5 - 3,0 г/см3) в сочетании с достаточно хорошими механическими свойствами и удовлетворительной устойчивостью к окислению. По своим прочностным характеристикам и по износостойкости они уступают сталям, некоторые из них также не обладают хорошей свариваемостью, но многие из них обладают характеристиками, превосходящими чистый алюминий. Особо выделяются алюминиевые сплавы с повышенной пластичностью, содержащие до 2,8% Mg и до 2,5% Mn - они обладают большей, чем чистый алюминий прочностью, легко поддаются вытяжке, близки по коррозионной стойкости к алюминию. Эти воздушные конструкции выполнены из сплавов алюминия.

Применение алюминия в энергетике и машиностроении

Применение в технике связи.

Выполнили : Анна Боровская Кристина Махиня Кристина Махиня Ксения Непомнящих Ксения Непомнящих