Алюминий

Алюминий(Al)
Атомный номер 13
Внешний вид мягкий, лёгкий,
серебристо-белый металл,
быстро окисляющийся
Свойства атома
Атомная масса
(молярная масса)
26,.981539 а. е. м. (г/моль)
Радиус атома 143 пм
Энергия ионизации
(первый электрон)
577,2(5,98) кДж/моль (эВ)
Электронная конфигурация [Ne] 3s2 3p1
Химические свойства
Ковалентный радиус 118 пм
Радиус иона 51 (+3e) пм
Электроотрицательность
(по Полингу)
1,61
Электродный потенциал -1,66 в
Степени окисления 3
Термодинамические свойства
Плотность 2,6989 г/см³
Удельная теплоёмкость 0,900 Дж/(K·моль)
Теплопроводность 237 Вт/(м·K)
Температура плавления 933,5 K
Теплота плавления 10,75 кДж/моль
Температура кипения 2740 K
Теплота испарения 284,1 кДж/моль
Молярный объём 10,0 см³/моль
Кристаллическая решётка
Структура решётки кубическая гранецентрированая
Период решётки 4,050 Å
Отношение c/a n/a
Температура Дебая 394,00 K

Алюми́ний (лат. Аluminium) — химический символ Al, III группа периодической системы Менделеева, атомный номер 13, атомная масса 26,9815, мягкий, лёгкий, серебристо-белый металл, быстро окисляющийся, удельная плотность 2,7 г/ см³, температура плавления 660 °C. По распространённости в земной коре алюминий занимает 3-е место после кислорода и кремния среди всех атомов и 1-е место — среди металлов.

Содержание

История

Впервые получен в чистом виде электролизом, в 1825 году.

Происхождение названия

Название Aluminium происходит от лат. alumen — квасцы. Так за 500 лет до н. э. назывались алюминиевые квасцы, используемые как протрава при крашении тканей и для дубления кожи.

Получение

Впервые алюминий был получен Гансом Эрстедом в 1825 году действием амальгамы калия на хлорид алюминия с последующей отгонкой ртути. Современный метод получения был разработан независимо американцем Чарльзом Холлом и французом Полем Эру. 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 ХХ веке.

Физические свойства

Серебристо-белый металл, плотность 2,7 г/см3, пластичный, высокая тепло- и электропроводность. Температура плавления 660 °C.

Нахождение в природе

Получение

Электролиз расплава оксида алюминия Al2O3 (в присутствии криолита Na3[AlF6]): 2Al2O3 = 4Al + 3O2­

Химические свойства

При нормальных условиях алюминий покрыт тонкой и прочной оксидной пленкой и потому не реагирует с простыми веществами: с H2O (t°); O2, HNO3 (без нагревания)). Al – активный металл-восстановитель.

Легко реагирует с простыми веществами:

1) с кислородом:

4Al + 3O2 = 2Al2O3

2) с галогенами:

2Al + 3Br2 = 2Al3Br3

3) с другими неметаллами реагирует при нагревании:

с серой, образуя сульфид алюминия:

2Al + 3S = Al2S3

с азотом, образуя нитрид алюминия:

2Al + N2 = 2AlN

с углеродом, образуя карбид алюминия:

4Al + 3С = Al4С3

Сульфид и карбид алюминия полностью гидролизуются:

Al2S3 + 6H2O = 2Al(OH)3 + 3H2

Al4C3 + 12H2O = 4Al(OH)3+ 3CH4­

Со сложными веществами:

4) с водой (после удаления защитной оксидной пленки):

2Al + 6H2O = 2Al(OH)3 + 3H

5) со щелочами (с оброзованием тетрагидроксоалюмината натрия):

2Al + 2NaOH + 6H2O = 2Na[Al+3(OH)4] + 3H

6) Легко растворяется в соляной и разбавленной серной киcлотах:

2Al + 6HCl = 2AlCl3 + 3H

2Al + 3H2SO4(разб) = Al2(SO4)3 + 3H2

При нагревании растворяется в кислотах – окислителях:

2Al + 6H2SO4(конц) = Al2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O

Al + 6HNO3(конц) = Al(NO3)3 + 3NO + 3H2O

7) восстанавливает металлы из их оксидов (алюминотермия):

8Al + 3Fe3O4 = 4Al2O3 + 9Fe 2Al + Cr2O3 = Al2O3 + 2Cr

Применение

Широко применяется как конструкционный материал. Основные достоинства алюминия в этом качестве — лёгкость, податливость штамповке, коррозионная стойкость (на воздухе алюминий мгновенно покрывается прочной плёнкой Al2O3, которая препятствует его дальнейшему окислению), высокая теплопроводность, неядовитость его соединений. В частности, эти свойства сделали алюминий чрезвычайно популярным при производстве кухонной посуды, алюминиевая фольга в пищевой промышленности и для упаковки.

Основной недостаток алюминия как конструкционного материала — малая прочность, поэтому его обычно сплавляют с небольшим количеством меди и магния (сплав называется дюралюминий).

Электропроводность алюминия сравнима с медью, при этом алюминий дешевле. Поэтому он широко применяется в электротехнике для изготовления проводов, их экранирования и даже в микроэлектронике при изготовлении проводников в чипах. Правда, у алюминия как электротехнического материала есть неприятное свойство — из-за прочной оксидной плёнки его тяжело паять.

  • Благодаря комплексу свойств широко распространён в тепловом оборудовании.
  • В производстве строительных материалов как газообразующий агент.
  • Алитированием придают коррозионную и окалиностойкость стальным и другим сплавам, например клапанам поршневых ДВС, лопаткам турбин, теплообменной аппаратуре, а также заменяют цинкование.
  • Алюминий применяют для восстановления редких металлов из их оксидов или галогенидов.
  • Сульфид алюминия используется для производства сероводорода.

Сплавы на основе алюминия

В качестве конструкционного материала обычно используют не чистый алюминий, а разные сплавы на его основе.

  • Алюминиево-магниевые сплавы обладают высокой коррозионной стойкостью и хорошо свариваются; из них делают, например, корпуса быстроходных судов.
  • Алюминиево-марганцевые сплавы во многом аналогичны алюминиево-магниевым.
  • Алюминиево-медные сплавы (в частности, дюралюминий) можно подвергать термообработке, что намного повышает их прочность. К сожалению, термообработанные материалы нельзя сваривать, поэтому детали самолётов до сих пор соединяют заклёпками.
  • Алюминиево-кремниевые сплавы (силумины) лучше всего подходят для литья. Из них часто отливают корпуса разных механизмов.
  • Комплексные сплавы на основе алюминия: авиаль.
  • Алюминий переходит в сверхпроводящее состояние при температуре 1,2 Кельвина.

Алюминий как добавка в другие сплавы

Алюминий является важным компонентом многих сплавов. Например, в алюминиевых бронзах основные компоненты — медь и алюминий. В магниевых сплавах в качестве добавки чаще всего используется алюминий. Для изготовления спиралей в электронагревательных приборов используют (наряду с другими сплавами) фехраль (Fe, Cr, Al).

Ювелирные изделия

Когда алюминий был очень дорог, из него делали разнообразные ювелирные изделия. Мода на них сразу прошла, когда появились новые технологии его получения, во много раз снизившие себестоимость. Сейчас алюминий иногда используют в производстве бижутерии.

Стекловарение

В стекловарении используются фторид, фосфат и оксид алюминия.

Алюминий и его соединения в ракетной технике

Алюминий и его соединения используются в качестве высокоэффективного ракетного горючего в двухкомпонентных ракетных топливах и в качестве горючего компонента в твердых ракетных топливах. Следующие соединения алюминия представляют наибольший практический интерес как ракетное горючее:

  • Алюминий: горючее в ракетных топливах. Применяется в виде порошка и суспензий в углеводородах и др.
  • Гидрид алюминия.
  • Боранат алюминия.
  • Триметилалюминий.
  • Триэтилалюминий.
  • Трипропилалюминий.

Теоретические характеристики топлив, образованных гидридом алюминия с различными окислителями.

Окислитель Удельная тяга(Р1,сек) Температура сгорания °С Плотность топлива г/см3 Прирост скорости, ΔVид,25, м/сек Весовое содерж.горючего %
Фтор 348,4 сек 5009°С 1,504 5328 м/сек 25%
Тетрафторгидразин 327,4 сек 4758°С 1,193 4434 м/сек 19%
ClF3 287,7 сек 4402°С 1,764 4762 м/сек 20%
ClF5 303,7 сек 4604°С 1,691 4922 м/сек 20%
Перхлорилфторид 293,7 сек 3788°С 1,589 4617 м/сек 47%
Окись фтора 326,5 сек 4067°С 1,511 5004 м/сек 38,5%
Кислород 310,8 сек 4028°С 1,312 4428 м/сек 56%
Перекись водорода 318,4 сек 3561°С 1,466 4806 м/сек 52%
N2O4 300,5 сек 3906°С 1,467 4537 м/сек 47%
Азотная кислота 301,3 сек 3720°С 1,496 4595 м/сек 49%

См. также

Ссылки


Периодическая система элементов
H He
Li Be B C N O F Ne
Na Mg Al Si P S Cl Ar
K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
Cs Ba * Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
Fr Ra ** Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Uub Uut Uuq Uup Uuh Uus Uuo
* La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
** Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr

 
Начальная страница  » 
А Б В Г Д Е Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ы Э Ю Я
A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Home