Характеристика і застосування алюмінію

Історія відкриття:

Близько 1807 Деві, який намагався здійснити електроліз глинозему, дав назву передбачуваному в ньому металу алюміум (Alumium). Вперше алюміній був отриманий Гансом Ерстед в 1825 році дією амальгами калію на хлорид алюмінію з наступною відгонкою ртуті. У 1827 р Велер виділив металевий алюміній більш ефективним способом – нагріванням безводного хлористого алюмінію з металевим калієм.

Знаходження в природі, одержання:

За поширеністю в природі займає 1-е серед металів і 3-е місце серед елементів, поступаючись тільки кисню і кремнію. Вміст алюмінію в земній корі за даними різних дослідників становить від 7,45% до 8,14% від маси земної кори. У природі алюміній зустрічається тільки в з’єднаннях (мінералах).
Корунд: Al2O3 – відноситься до класу простих оксидів, і іноді утворює прозорі дорогоцінні кристали – сапфіру, і, з додаванням хрому, рубіна. Накопичується в розсипах.
Боксити: Al2O3 * nH2O – осадові алюмінієві руди. Містять шкідливу домішка – SiO2. Боксити служать важливою сировиною для отримання алюмінію, а також фарб, абразивів.
Каолініт: Al2O3 * 2SiO2 * 2H2O – мінерал підкласу шаруватих силікатів, головна складова частина білої, вогнетривкої, і фарфорового глини.
Сучасний метод отримання алюмінію був розроблений незалежно американцем Чарльзом Холом і французом Полем Еру. Він полягає в розчиненні оксиду алюмінію Al2O3 в розплаві кріоліту Na3AlF3 з подальшим електролізом з використанням графітових електродів. Такий метод отримання вимагає великих витрат електроенергії, і тому виявився затребуваний тільки в XX столітті. Для виробництва 1 т алюмінію потрібно 1,9 т глинозему і 18 тис. КВт · год електроенергії.

Фізичні властивості:

Метал сріблясто-білого кольору, легкий, щільність 2,7 г / см3, температура плавлення 660 ° C, температура кипіння 2500 ° C. Висока пластичність, прокочується в тонкий лист і навіть фольгу. Алюміній має високу електропровідність і теплопровідність, володіє високою світловідбивними здатністю. Алюміній утворює сплави майже з усіма металами.

Хімічні властивості:

За нормальних умов алюміній покритий тонкою і міцною оксидною плівкою і тому не реагує з класичними окислювачами: з H2O (t °); O2, HNO3 (без нагрівання). Завдяки цьому алюміній практично не схильний до корозії і тому широко затребуваний сучасною індустрією. Однак, при руйнуванні оксидної плівки (наприклад, при контакті з розчинами солей амонію NH4 +, гарячими лугами або внаслідок амальгамирования), алюміній виступає як активний метал-відновник. Легко реагує з простими речовинами: киснем, галогенами: 2Al + 3Br2 = 2AlBr3
З іншими неметалами алюміній реагує при нагріванні:
2Al + 3S = Al2S3 2Al + N2 = 2AlN
Алюміній здатний тільки розчиняти водень, але не вступає з ним у реакцію.
Зі складними речовинами: алюміній реагує з лугами (з утворенням тетрагідроксоалюмінатов):
2Al + 2NaOH + 6H2O = 2Na [Al (OH) 4] + 3H2
Легко розчиняється в розведеною і концентрованої сірчаної кислотах:
2Al + 3H2SO4 (разб) = Al2 (SO4) 3 + 3H2 2Al + 6H2SO4 (конц) = Al2 (SO4) 3 + 3SO2 + 6H2O
Алюміній відновлює метали з їх оксидів (Алюмінотермія): 8Al + 3Fe3O4 = 4Al2O3 + 9Fe

Найважливіші сполуки:

Оксид алюмінію, Al2O3: тверде, тугоплавка речовина білого кольору. Кристалічний Al2O3 хімічно пасивний, аморфний – активніший. Повільно реагує з кислотами і лугами в розчині, проявляючи амфотерні властивості:
Al2O3 + 6НСl (конц.) = 2АlСl3 + ЗН2О Al2O3 + 2NаОН (конц.) + 3Н2О = 2Na [Al (OH) 4]
(В розплаві лугу утворюється NaAlO2).
Гідроксид алюмінію, Al (OH) 3: білий аморфний (гелеобразний) або кристалічний. Практично не розчинний у воді. При нагріванні східчасто розкладається. Проявляє амфотерні, так само виражені кислотні та основні властивості. При сплаві з NaOH утворюється NaAlO2. Для отримання осаду Аl (ОН) 3 луг зазвичай не використовують (через легкість переходу осаду в розчин), а діють на солі алюмінію розчином аміаку – при кімнатній температурі утворюється Аl (ОН) 3
Солі алюмінію. Солі алюмінію і сильних кислот добре розчинні у воді і піддаються в значній мірі гідролізу по катіону, створюючи сильнокислотную середу, в якій розчиняються такі метали, як магній і цинк: Al3 + + H2O = AlOH2 + + H +
Нерозчинні у воді фторид AlF3 і ортофосфат АlРO4, а солі дуже слабких кислот, наприклад Н2СО3, взагалі не утворюються осадженням з водного розчину.
Відомі подвійні солі алюмінію – галун складу MAl (SO4) 2 * 12H2O (M = Na +, K +, Rb +, Cs +, ТI +, NH4 +), найпоширеніші з них алюмокалієві галун KAl (SO4) 2 * 12Н2O.
Розчинення амфотерних гідроксидів в лужних розчинах розглядається як процес утворення гідроксосолей (гідроксокомплексів). Експериментально доведено існування гідроксомплексов [Аl (ОН) 4 (Н2О) 2] -, [Аl (ОН) 6] 3-, [Аl (ОН) 5 (Н2О)] 2; з них перший – найбільш міцний. Координаційне число алюмінію в цих комплексах дорівнює 6, тобто алюміній є шестікоордінірованним.
Бінарні сполуки алюмінію З’єднання з переважно ковалентними зв’язками, наприклад сульфід Al2S3 і карбід Аl4С3 повністю розкладаються водою:
Al2S3 + 6Н2О = 2Аl (ОН) 3 + 3Н2S Аl4С3 + 12H2O = 4Аl (ОН) 3 + 3СН4

Застосування:

Широко застосовується як конструкційний матеріал. Основні переваги алюмінію в цій якості – легкість, податливість штампуванні, корозійна стійкість, висока теплопровідність. Алюміній є важливим компонентом багатьох сплавів (мідні – алюмінієві бронзи, магнієві та ін.)
Застосовується в електротехніці для виготовлення проводів, їх екранування.
Алюміній широко використовується і в тепловому обладнанні та в кріогенної техніки.
Високий коефіцієнт відбиття в поєднанні з дешевизною і легкістю напилення робить алюміній ідеальним матеріалом для виготовлення дзеркал.
Алюміній та його сполуки використовуються в ракетній техніці як ракетного пального. У виробництві будівельних матеріалів як газоутворюючі агент.

Посилання на основну публікацію