Атомная масса алюминия как найти

Improve Article

Save Article

Like Article

  • Read
  • Discuss
  • Improve Article

    Save Article

    Like Article

    Atomic Mass of Aluminium is                .

    A) 26

    B) 25

    C) 27

    D) 28

    Answer:

    Option C) 27 is correct.

    Explanation:

    Atomic Mass of any substance is the sum of the number of protons and the number of neutrons in the nucleus of that atom.

    For Aluminium,

    • Number of Protons = 13
    • Number of Neutrons = 14

    Thus,

    Atomic Mass of Aluminium = 13 + 14 = 27

    In absolute terms, the average atomic mass of aluminium is 26.981 amu. It is calculated taking into account all the isotopes of Aluminium.

    Aluminium has 9 isotopes and the two main Isotopes of Aluminium are:

    • 26Al
    • 27Al  (Stable)   

    Last Updated :
    26 Apr, 2023

    Like Article

    Save Article

    Алюми́ний — элемент 13-й группы периодической таблицы химических элементов (по устаревшей классификации — элемент главной подгруппы III группы), третьего периода, с атомным номером 13. Обозначается символом Al (лат. Aluminium). Относится к группе лёгких металлов. Наиболее распространённый металл и третий по распространённости химический элемент в земной коре (после кислорода и кремния).

    13 МагнийАлюминийКремний
    B

    Al

    Ga

    Периодическая система элементов

    13Al

    Cubic-face-centered.svg

    Electron shell 013 Aluminium.svg

    Внешний вид простого вещества

    Алюминий
    Мягкий, лёгкий и пластичный металл серебристо-белого цвета.

    Свойства атома
    Название, символ, номер

    Алюминий / Aluminium (Al), 13

    Группа, период, блок

    13, 3,

    Атомная масса
    (молярная масса)

    26,9815386(8)[1] а. е. м. (г/моль)

    Электронная конфигурация

    [Ne] 3s2 3p1

    Электроны по оболочкам

    2, 8, 3

    Радиус атома

    143 пм

    Химические свойства
    Ковалентный радиус

    121±4 пм

    Радиус Ван-дер-Ваальса

    184 пм

    Радиус иона

    51 (+3e) пм

    Электроотрицательность

    1,61 (шкала Полинга)

    Электродный потенциал

    -1,66 В

    Степени окисления

    +3

    Энергия ионизации

    1‑я: 577.5 (5.984) кДж/моль (эВ)
    2‑я: 1816.7 (18.828) кДж/моль (эВ)

    Термодинамические свойства простого вещества
    Термодинамическая фаза

    Твёрдое вещество

    Плотность (при н. у.)

    2,6989 г/см³

    Температура плавления

    660 °C, 933,5 K

    Температура кипения

    2518,82 °C, 2792 K

    Уд. теплота плавления

    10,75 кДж/моль

    Уд. теплота испарения

    284,1 кДж/моль

    Молярная теплоёмкость

    24,35[2] 24,2[3] Дж/(K·моль)

    Молярный объём

    10,0 см³/моль

    Кристаллическая решётка простого вещества
    Структура решётки

    кубическая гранецентрированая

    Параметры решётки

    4,050 Å

    Температура Дебая

    394 K

    Прочие характеристики
    Теплопроводность

    (300 K) 237 Вт/(м·К)

    Скорость звука

    5200 м/с

    Номер CAS

    7429-90-5

    Эмиссионный спектр

    Aluminum Spectra.jpg

    Кодовый символ, указывающий, что алюминий может быть вторично переработан

    Простое вещество алюминий — лёгкий парамагнитный металл серебристо-белого цвета, легко поддающийся формовке, литью, механической обработке. Алюминий обладает высокой тепло- и электропроводностью, стойкостью к коррозии за счёт быстрого образования прочных оксидных плёнок, защищающих поверхность от дальнейшего взаимодействия.

    Содержание

    ИсторияПравить

    ПолучениеПравить

    Алюминий образует прочную химическую связь с кислородом. По сравнению с другими металлами, восстановление алюминия из руды более сложно в связи с его высокой реакционной способностью и с высокой температурой плавления большинства его руд (таких, как бокситы). Прямое восстановление углеродом применяться не может, потому что восстановительная способность алюминия выше, чем у углерода. Возможно непрямое восстановление с получением промежуточного продукта Al4C3, который подвергается разложению при 1900—2000 °С с образованием алюминия. Этот способ находится в разработке, но представляется более выгодным, чем процесс Холла—Эру, так как требует меньших энергозатрат и приводит к образованию меньшего количества CO2[7].

    Современный метод получения, процесс Холла—Эру[en] 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 расходуемых коксовых или графитовых анодных электродов. Такой метод получения требует очень больших затрат электроэнергии, и поэтому получил промышленное применение только в XX веке.

    Для производства 1000 кг чернового алюминия требуется 1920 кг глинозёма, 65 кг криолита, 35 кг фторида алюминия, 600 кг анодных графитовых электродов и около 17 МВт·ч электроэнергии (~61 ГДж)[8].

    Лабораторный способ получения алюминия предложил Фридрих Вёлер в 1827 году восстановлением металлическим калием безводного хлорида алюминия (реакция протекает при нагревании без доступа воздуха):

     

    Физические свойстваПравить

    Микроструктура алюминия на протравленной поверхности слитка, чистотой 99,9998 %, размер видимого сектора около 55×37 мм

    • Металл серебристо-белого цвета, лёгкий
    • плотность — 2712 кг/м³
    • температура плавления у технического алюминия — 658 °C, у алюминия высокой чистоты — 660 °C
    • удельная теплота плавления — 390 кДж/кг
    • температура кипения — 2500 °C
    • удельная теплота испарения — 10,53 МДж/кг
    • удельная теплоёмкость — 897 Дж/кг·K[3]
    • временное сопротивление литого алюминия — 10—12 кг/мм², деформируемого — 18—25 кг/мм², сплавов — 38—42 кг/мм²
    • Твёрдость по Бринеллю — 24…32 кгс/мм²
    • высокая пластичность: у технического — 35 %, у чистого — 50 %, прокатывается в тонкий лист и даже фольгу
    • Модуль Юнга — 70 ГПа
    • Алюминий обладает высокой электропроводностью (37·106 См/м) и теплопроводностью (203,5 Вт/(м·К)), 65 % от электропроводности меди, обладает высокой светоотражательной способностью.
    • Слабый парамагнетик.
    • Температурный коэффициент линейного расширения 24,58·10−6 К−1 (20…200 °C).
    • Удельное сопротивление 0,0262..0,0295 Ом·мм²/м
    • Температурный коэффициент электрического сопротивления 4,3·10−3 K−1. Алюминий переходит в сверхпроводящее состояние при температуре 1,2 кельвина.

    Алюминий образует сплавы почти со всеми металлами. Наиболее известны сплавы с медью и магнием (дюралюминий) и кремнием (силумин).

    Нахождение в природеПравить

    РаспространённостьПравить

    По распространённости в земной коре занимает 1-е место среди металлов и 3-е место среди элементов, уступая только кислороду и кремнию. Массовая концентрация алюминия в земной коре, по данным различных исследователей, оценивается от 7,45 до 8,14 %[9].

    Природные соединения алюминияПравить

    В природе алюминий, в связи с высокой химической активностью, встречается почти исключительно в виде соединений. Некоторые из природных минералов алюминия:

    • Бокситы — Al2O3 · H2O (с примесями SiO2, Fe2O3, CaCO3)
    • Нефелины — KNa3[AlSiO4]4
    • Алуниты — (Na,K)2SO4·Al2(SO4)3·4Al(OH)3
    • Глинозёмы (смеси каолинов с песком SiO2, известняком CaCO3, магнезитом MgCO3)
    • Корунд (сапфир, рубин, наждак) — Al2O3
    • Полевые шпаты — (K,Na)2O·Al2O3·6SiO2, Ca[Al2Si2O8]
    • Каолинит — Al2O3·2SiO2 · 2H2O
    • Берилл (изумруд, аквамарин) — 3ВеО · Al2О3 · 6SiO2
    • Хризоберилл (александрит) — BeAl2O4.

    Тем не менее, в некоторых специфических восстановительных условиях (жерла вулканов) найдены ничтожные количества самородного металлического алюминия[10].

    В природных водах алюминий содержится в виде малотоксичных химических соединений, например, фторида алюминия. Вид катиона или аниона зависит, в первую очередь, от кислотности водной среды. Концентрации алюминия в водоёмах России колеблются от 0,001 до 10 мг/л. В морской воде его концентрация 0,01 мг/л[11].

    Изотопы алюминияПравить

    Природный алюминий состоит практически полностью из единственного стабильного изотопа 27Al с ничтожными следами 26Al, наиболее долгоживущего радиоактивного изотопа с периодом полураспада 720 тыс. лет, образующегося в атмосфере при расщеплении ядер аргона 40Ar протонами космических лучей с высокими энергиями.

    Химические свойстваПравить

    При нормальных условиях алюминий покрыт тонкой и прочной оксидной плёнкой и потому не реагирует с классическими окислителями: с H2O, O2, HNO3 (без нагревания), H2SO4, но реагирует с HCl. Благодаря этому алюминий практически не подвержен коррозии и потому широко востребован современной промышленностью. Однако при разрушении оксидной плёнки (например, при контакте с растворами солей аммония NH+, горячими щелочами или в результате амальгамирования), алюминий выступает как активный металл-восстановитель. Не допустить образования оксидной плёнки можно, добавляя к алюминию такие металлы, как галлий, индий или олово. При этом поверхность алюминия смачивают легкоплавкие эвтектики на основе этих металлов[12].

    Легко реагирует с простыми веществами:

    • с кислородом, образуя оксид алюминия:
     
    • с галогенами (кроме фтора)[13], образуя хлорид, бромид или иодид алюминия:
     
    • с другими неметаллами реагирует при нагревании:
    • со фтором, образуя фторид алюминия:
     
    • с серой, образуя сульфид алюминия:
     
    • с азотом, образуя нитрид алюминия:
     
    • с углеродом, образуя карбид алюминия:
     

    Сульфид и карбид алюминия полностью гидролизуются:

     
     

    Со сложными веществами:

    • с водой (после удаления защитной оксидной плёнки, например, амальгамированием или растворами горячей щёлочи):
     
    • со щелочами (с образованием тетрагидроксоалюминатов и других алюминатов):
     
     
    • Легко растворяется в соляной и разбавленной серной кислотах:
     
     
    • При нагревании растворяется в кислотах — окислителях, образующих растворимые соли алюминия:
     
     
    • восстанавливает металлы из их оксидов (алюминотермия):
     
     

    Производство и рынокПравить

    Производство алюминия в миллионах тонн

    Достоверных сведений о получении алюминия до XIX века, нет. (Встречающееся иногда со ссылкой на «Естественную историю» Плиния утверждение, что алюминий был известен при императоре Тиберии, основано на неверном толковании источника)[источник не указан 817 дней].

    В 1825 году, датский физик Ганс Христиан Эрстед получил несколько миллиграммов металлического алюминия, а в 1827 году Фридрих Вёлер смог выделить крупинки алюминия, которые, однако, на воздухе немедленно покрывались тончайшей плёнкой оксида алюминия.

    До конца XIX века алюминий в промышленных масштабах не производился.

    Только в 1854 году Анри Сент-Клер Девиль (его исследования финансировал Наполеон III, рассчитывая, что алюминий пригодится его армии[14][15]) 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 6—8 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 алюминий электролизом расплава хлорида натрия-алюминия.

    В 1885 году был построен завод по производству алюминия в немецком городе Гмелингеме, работающий по технологии, предложенной Николаем Бекетовым. Технология Бекетова мало чем отличалась от способа Девиля, но была проще и заключалась во взаимодействии между криолитом (Na3AlF6) и магнием. За пять лет на этом заводе было получено около 58 т алюминия — более четверти всего мирового производства металла химическим путём в период с 1854 по 1890 год.

    Метод, изобретённый почти одновременно Чарльзом Холлом в США и Полем Эру во Франции (1886 год) и основанный на получении алюминия электролизом глинозёма, растворённого в расплавленном криолите, положил начало современному способу производства алюминия. С тех пор, в связи с улучшением электротехники, производство алюминия совершенствовалось. Заметный вклад в развитие производства глинозёма внесли русские учёные К. И. Байер, Д. А. Пеняков, А. Н. Кузнецов, Е. И. Жуковский, А. А. Яковкин и др.

    Первый алюминиевый завод в России был построен в 1932 году в городе Волхов. Металлургическая промышленность СССР в 1939 году производила 47,7 тыс. тонн алюминия, ещё 2,2 тыс. тонн импортировалось.

    Вторая мировая война значительно стимулировала производство алюминия. Так, в 1939 году общемировое его производство, без учёта СССР, составляло 620 тыс. т, но уже к 1943 году выросло до 1,9 млн т.

    К 1956 году в мире производилось 3,4 млн т первичного алюминия, в 1965 году — 5,4 млн т, в 1980 году — 16,1 млн т, в 1990 году — 18 млн т.

    В 2007 году в мире было произведено 38 млн т первичного алюминия, а в 2008 — 39,7 млн т. Лидерами производства являлись:

    1.   КНР (в 2007 году произвёл 12,60 млн т, а в 2008 — 13,50 млн т)
    2.   Россия (3,96/4,20)
    3.   Канада (3,09/3,10)
    4.   США (2,55/2,64)
    5.   Австралия (1,96/1,96)
    6.   Бразилия (1,66/1,66)
    7.   Индия (1,22/1,30)
    8.   Норвегия (1,30/1,10)
    9.   ОАЭ (0,89/0,92)
    10.   Бахрейн (0,87/0,87)
    11.   ЮАР (0,90/0,85)
    12.   Исландия (0,40/0,79)
    13.   Германия (0,55/0,59)
    14.   Венесуэла (0,61/0,55)
    15.   Мозамбик (0,56/0,55)
    16.   Таджикистан (0,42/0,42)[16]

    На мировом рынке, запас 2,224 млн т., а среднесуточное производство 128,6 тыс. т. (2013.7)[17].

    В России монополистом по производству алюминия является компания «Российский алюминий», на которую приходится около 13 % мирового рынка алюминия и 16 % глинозёма[18].

    Мировые запасы бокситов практически безграничны, то есть несоизмеримы с динамикой спроса. Существующие мощности могут производить до 44,3 млн т первичного алюминия в год. Следует также учитывать, что в будущем некоторые из применений алюминия могут быть переориентированы на использование, например, композитных материалов.

    Цены на алюминий (на торгах международных сырьевых бирж) с 2007 по 2015 годы составляли в среднем 1253—3291 долларов за тонну[19].

    ПрименениеПравить

    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, алюминиевой фольги в пищевой промышленности и для упаковки. Первые же три свойства сделали алюминий основным сырьём в авиационной и авиакосмической промышленности (в последнее время медленно вытесняется композитными материалами, в первую очередь, углеволокном).

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

    Электропроводность алюминия всего в 1,7 раза меньше, чем у меди, при этом алюминий приблизительно в 4 раза дешевле[20] за килограмм, но, за счёт в 3,3 раза меньшей плотности, для получения равного сопротивления его нужно приблизительно в 2 раза меньше по весу. Поэтому он широко применяется в электротехнике для изготовления проводов, их экранирования и даже в микроэлектронике при напылении проводников на поверхности кристаллов микросхем. Меньшую электропроводность алюминия (3,7·107 См/м) по сравнению с медью (5,84·107 См/м), для сохранения одинакового электрического сопротивления, компенсируют увеличением площади сечения алюминиевых проводников. Недостатком алюминия как электротехнического материала является образование на его поверхности прочной диэлектрической оксидной плёнки, затрудняющей пайку и за счет ухудшения контактного сопротивления вызывающей повышенное нагревание в местах электрических соединений, что, в свою очередь, отрицательно сказывается на надёжности электрического контакта и состоянии изоляции. Поэтому, в частности, 7-я редакция Правил устройства электроустановок, принятая в 2002 г., запрещает использовать алюминиевые проводники сечением менее 16 мм².

    • Благодаря комплексу свойств широко распространён в тепловом оборудовании.
    • Алюминий и его сплавы не приобретают хрупкость при сверхнизких температурах. Благодаря этому он широко используется в криогенной технике.
    • Высокий коэффициент отражения в сочетании с дешевизной и лёгкостью вакуумного напыления делает алюминий оптимальным 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.

    В качестве восстановителяПравить

    • Как компонент термита, смесей для алюмотермии.
    • В пиротехнике.
    • Алюминий применяют для восстановления редких металлов из их оксидов или галогенидов.
    • Ограничено применяется как протектор при анодной защите.

    Сплавы на основе алюминияПравить

    В качестве конструкционного материала обычно используют не чистый алюминий, а разные сплавы на его основе[21]. Обозначение серий сплавов в данной статье приведена для США (стандарт H35.1 ANSI) и согласно ГОСТ России. В России основные стандарты — это ГОСТ 1583 «Сплавы алюминиевые литейные. Технические условия» и ГОСТ 4784 «Алюминий и сплавы алюминиевые деформируемые. Марки». Существует также UNS[en] маркировка и международный стандарт алюминиевых сплавов и их маркировки ISO R209 b.

    • Алюминиево-магниевые Al-Mg (ANSI: серия 5ххх у деформируемых сплавов и 5xx.x у сплавов для изделий фасонного литья; ГОСТ: АМг). Сплавы системы Al-Mg характеризуются сочетанием удовлетворительной прочности, хорошей пластичности, очень хорошей свариваемости и коррозионной стойкости[22]. Кроме того, эти сплавы отличаются высокой вибростойкостью.

    В сплавах этой системы, содержащих до 6 % Mg, образуется эвтектическая система соединения Al3Mg2 c твёрдым раствором на основе алюминия. Наиболее широкое распространение в промышленности получили сплавы с содержанием магния от 1 до 5 %.

    Рост содержания Mg в сплаве существенно увеличивает его прочность. Каждый процент магния повышает предел прочности сплава на 30 МПа, а предел текучести — на 20 МПа. При этом относительное удлинение уменьшается незначительно и находится в пределах 30—35 %.

    Сплавы с содержанием магния до 3 % (по массе) структурно стабильны при комнатной и повышенной температуре даже в значительно нагартованном состоянии. С ростом концентрации магния в нагартованном состоянии структура сплава становится нестабильной. Кроме того, увеличение содержания магния свыше 6 % приводит к ухудшению коррозионной стойкости сплава.

    Для улучшения прочностных характеристик сплавы системы Al-Mg легируют хромом, марганцем, титаном, кремнием или ванадием. Попадания в сплавы этой системы меди и железа стараются избегать, поскольку они снижают их коррозионную стойкость и свариваемость.

    • Алюминиево-марганцевые Al-Mn (ANSI: серия 3ххх; ГОСТ: АМц). Сплавы этой системы обладают хорошей прочностью, пластичностью и технологичностью, высокой коррозионной стойкостью и хорошей свариваемостью.

    Основными примесями в сплавах системы Al-Mn являются железо и кремний. Оба этих элемента уменьшают растворимость марганца в алюминии. Для получения мелкозернистой структуры сплавы этой системы легируют титаном.

    Присутствие достаточного количества марганца обеспечивает стабильность структуры нагартованного металла при комнатной и повышенной температурах.

    • Алюминиево-медные Al-Cu (Al-Cu-Mg) (ANSI: серия 2ххх, 2xx.x; ГОСТ: АМ). Механические свойства сплавов этой системы в термоупрочненном состоянии достигают, а иногда и превышают, механические свойства низкоуглеродистых сталей. Эти сплавы высокотехнологичны. Однако у них есть и существенный недостаток — низкое сопротивление коррозии, что приводит к необходимости использовать защитные покрытия.

    В качестве легирующих добавок могут применяться марганец, кремний, железо и магний. Причем наиболее сильное влияние на свойства сплава оказывает последний: легирование магнием заметно повышает пределы прочности и текучести. Добавка кремния в сплав повышает его способность к искусственному старению. Легирование железом и никелем повышает жаропрочность сплавов второй серии.

    Нагартовка этих сплавов после закалки ускоряет искусственное старение, а также повышает прочность и сопротивление коррозии под напряжением.

    • Сплавы системы Al-Zn-Mg (Al-Zn-Mg-Cu) (ANSI: серия 7ххх, 7xx.x). Сплавы этой системы ценятся за очень высокую прочность и хорошую технологичность. Представитель системы — сплав 7075 является самым прочным из всех алюминиевых сплавов. Эффект столь высокого упрочнения достигается благодаря высокой растворимости цинка (70 %) и магния (17,4 %) при повышенных температурах, резко уменьшающейся при охлаждении.

    Однако существенным недостатком этих сплавов является крайне низкая коррозионная стойкость под напряжением. Повысить сопротивление коррозии сплавов под напряжением можно легированием медью.

    Нельзя не отметить открытой в 60-е годы закономерности: присутствие лития в сплавах замедляет естественное и ускоряет искусственное старение. Помимо этого, присутствие лития уменьшает удельный вес сплава и существенно повышает его модуль упругости. В результате этого открытия были разработаны новые системы сплавов Al-Mg-Li, Al-Cu-Li и Al-Mg-Cu-Li.

    • Алюминиево-кремниевые сплавы (силумины) лучше всего подходят для литья. Из них часто отливают корпуса разных механизмов.
    • Комплексные сплавы на основе алюминия: авиаль.

    Алюминий как добавка в другие сплавыПравить

    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 приборах используют (наряду с другими сплавами) фехраль (Fe, Cr, Al).

    Ювелирные изделияПравить

    Когда алюминий был очень дорог, из него делали разнообразные ювелирные изделия. Так, Наполеон III заказал алюминиевые пуговицы, а Менделееву в 1889 г. были подарены весы с чашами из золота и алюминия. Мода на ювелирные изделия из алюминия сразу прошла, когда появились новые технологии его получения, во много раз снизившие себестоимость. Сейчас алюминий иногда используют в производстве бижутерии.

    В Японии алюминий используется в производстве традиционных украшений, заменяя серебро.

    Столовые приборыПравить

    По приказу Наполеона III были изготовлены алюминиевые столовые приборы, которые подавались на торжественных обедах ему и самым почётным гостям. Другие гости при этом пользовались приборами из золота и серебра[23].

    Затем столовые приборы из алюминия получили широкое распространение, со временем использование алюминиевой кухонной утвари существенно снизилось, но и в настоящее время их всё ещё можно увидеть лишь в некоторых заведениях общественного питания — несмотря на заявления некоторых специалистов о вредности алюминия для здоровья человека[источник не указан 1552 дня]. Кроме того, такие приборы со временем теряют привлекательный вид из-за царапин и форму из-за мягкости алюминия.

    СтекловарениеПравить

    В стекловарении используются фторид, фосфат и оксид алюминия.

    Пищевая промышленностьПравить

    Алюминий зарегистрирован в качестве пищевой добавки Е173.

    Военная промышленностьПравить

    Дешевизна и вес металла обусловили широкое применение в производстве ручного стрелкового оружия, в частности автоматов и пистолетов[24][25].

    Алюминий и его соединения в ракетной техникеПравить

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

    • Порошковый алюминий как горючее в твёрдых ракетных топливах. Применяется также в виде порошка и суспензий в углеводородах.
    • Гидрид алюминия.
    • Боранат алюминия.
    • Триметилалюминий.
    • Триэтилалюминий.
    • Трипропилалюминий.

    Триэтилалюминий (обычно в смеси с триэтилбором) используется также для химического зажигания (как пусковое горючее) в ракетных двигателях, так как он самовоспламеняется в газообразном кислороде. Ракетные топлива на основе гидрида алюминия, в зависимости от окислителя, имеют следующие характеристики[26]:

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

    АлюмоэнергетикаПравить

    Алюмоэнергетика использует алюминий как универсальный вторичный энергоноситель. Его применения в этом качестве:[27]

    • Окисление алюминия в воде для производства водорода и тепловой энергии.
    • Окисление алюминия кислородом воздуха для производства электроэнергии в воздушно-алюминиевых электрохимических генераторах.

    Алюминий в мировой культуреПравить

    • В романе Н. Г. Чернышевского «Что делать?» (1862—1863) один из главных героев описывает в письме свой сон — видение будущего, в котором люди живут, отдыхают и работают в многоэтажных зданиях из стекла и алюминия; из алюминия выполнены полы, потолки и мебель (во времена Н. Г. Чернышевского алюминий ещё только начинали открывать).

    ТоксичностьПравить

    Несмотря на широкую распространённость в природе, ни одно живое существо не использует алюминий в метаболизме — это мёртвый металл. Отличается незначительным токсическим действием, но многие растворимые в воде неорганические соединения алюминия сохраняются в растворённом состоянии длительное время и могут оказывать вредное воздействие на человека и теплокровных животных через питьевую воду. Наиболее ядовиты хлориды, нитраты, ацетаты, сульфаты и др. Для человека токсическое действие при попадании внутрь оказывают следующие дозы соединений алюминия (мг/кг массы тела):

    • ацетат алюминия — 0,2—0,4;
    • гидроксид алюминия — 3,7—7,3;
    • алюминиевые квасцы — 2,9.

    В первую очередь действует на нервную систему (накапливается в нервной ткани, приводя к тяжёлым расстройствам функции ЦНС). Однако свойство нейротоксичности алюминия стали изучать с середины 1960-х годов, так как накоплению металла в организме человека препятствует механизм его выведения. В обычных условиях с мочой может выделяться до 15 мг элемента в сутки. Соответственно, наибольший негативный эффект наблюдается у людей с нарушенной выделительной функцией почек.

    Норматив содержания алюминия в воде хозяйственно-питьевого использования в России составляет 0,2 мг/л. При этом данная ПДК может быть увеличена до 0,5 мг/л главным государственным санитарным врачом по соответствующей территории для конкретной системы водоснабжения.

    По некоторым биологическим исследованиям, поступление алюминия в организм человека было сочтено фактором в развитии болезни Альцгеймера[28][29], но эти исследования были позже раскритикованы, и вывод о связи одного с другим опровергался[30][31][32].

    Соединения алюминия также, возможно, стимулируют рак молочной железы[33] при применении антиперспирантов на основе хлорида алюминия[34]. Но научных данных, подтверждающих это меньше, чем противоположных.

    См. такжеПравить

    • Анодирование
    • Оксидирование
    • Алюминий. Тринадцатый элемент
    • Международный институт алюминия

    ПримечанияПравить

    1. Michael E. Wieser, Norman Holden, Tyler B. Coplen, John K. Böhlke, Michael Berglund, Willi A. Brand, Paul De Bièvre, Manfred Gröning, Robert D. Loss, Juris Meija, Takafumi Hirata, Thomas Prohaska, Ronny Schoenberg, Glenda O’Connor, Thomas Walczyk, Shige Yoneda, Xiang‑Kun Zhu. Atomic weights of the elements 2011 (IUPAC Technical Report) (англ.) // Pure and Applied Chemistry. — 2013. — Vol. 85, no. 5. — P. 1047—1078. — DOI:10.1351/PAC-REP-13-03-02.
    2. Химическая энциклопедия. В 5 т. / Редкол.: Кнунянц И. Л. (гл. ред.). — М.: Советская энциклопедия, 1988. — Т. 1. — С. 116. — 623 с. — 100 000 экз.
    3. 1 2 Harry H. Binder: Lexikon der chemischen Elemente. S. Hirzel Verlag, Stuttgart 1999, ISBN 3-7776-0736-3.
    4. aluminium. Online Etymology Dictionary. Etymonline.com. Проверено 3 мая 2010.
    5. Фиалков, Ю. Девятый знак. — М.: Детгиз, 1963. — С. 133.
    6. Урок № 49. Алюминий.
    7. Aluminum Recycling and Processing for Energy Conservation and Sustainability. — ASM International, 2007. — P. 198. — ISBN 0-87170-859-0.
    8. Краткая химическая энциклопедия. Т. 1 (А—Е). — М.: Советская энциклопедия. 1961.
    9. Короновский Н. В., Якушова А. Ф. Основы геологии.
    10. Олейников Б. В. и др. Алюминий — новый минерал класса самородных элементов //Записки ВМО. — 1984, ч. CXIII, вып. 2, с. 210—215. [1].
    11. J.P. Riley and Skirrow G. Chemical Oceanography V. 1, 1965.
    12. Основы водородной энергетики / Под ред. В. А. Мошникова и Е. И. Терукова.. — СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «Лэти», 2010. — 288 с. — ISBN 978-5-7629-1096-5.
    13. Лидин Р. А., Молочко В. А., Андреева Л. Л. Реакции неорганических веществ: справочник / Под ред. Р. А. Лидина. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Дрофа, 2007. — С. 16. — 637 с. — ISBN 978-5-358-01303-2.
    14. Энциклопедия: драгоценности, ювелирные изделия, ювелирные камни. Драгоценные металлы. Драгоценный алюминий.
    15. «Серебро» из глины.
    16. MINERAL COMMODITY SUMMARIES 2009.
    17. В мире растут запасы алюминия.
    18. Производство первичного алюминия в мире и в России.
    19. Historical price graph for Aluminium. Проверено 8 июня 2015.
    20. Kitco — Base Metals — Industrial metals — Copper, Aluminum, Nickel, Zinc, Lead — Charts, Prices, Graphs, Quotes, Cu, Ni, Zn, Al, Pb.
    21. Влияние легирующих элементов на свойства алюминиевых сплавов.
    22. Байков Д. И. и др. Сваривающиеся алюминиевые сплавы. — Л.: Судпромгиз, 1959. — 236 с.
    23. Факты об алюминии.
    24. Штурмовая винтовка Heckler-Koch HK416 (Германия) | Экономические известия.
    25. Tara Perfection D.O.O. — Safety you can depend on.
    26. Сарнер С. Химия ракетных топлив = Propellant Chemistry / Пер. с англ. Е. П. Голубкова, В. К. Старкова, В. Н. Шеманиной; под ред. В. А. Ильинского. — М.: Мир, 1969. — С. 111. — 488 с.
    27. Жук А. З., Клейменов Б. В., Фортов В. Е., Шейндлин А. Е. Электромобиль на алюминиевом топливе. — М: Наука, 2012. — 171 с. — ISBN 978-5-02-037984-8.
    28. Shcherbatykh I., Carpenter D. O. (May 2007). The role of metals in the etiology of Alzheimer’s disease // J. Alzheimers Dis. 11 (2): 191—205.
    29. Rondeau V., Commenges D., Jacqmin-Gadda H., Dartigues J. F. (July 2000). Relation between aluminum concentrations in drinking water and Alzheimer’s disease: an 8-year follow-up study // Am. J. Epidemiol. 152 (1): 59—66.
    30. Rondeau V. (2002). A review of epidemiologic studies on aluminum and silica in relation to Alzheimer’s disease and associated disorders // Rev. Environ. Health 17 (2): 107—121.
    31. Martyn C. N., Coggon D. N., Inskip H., Lacey R. F., Young W. F. (May 1997). Aluminum concentrations in drinking water and risk of Alzheimer’s disease // Epidemiology 8 (3): 281—286.
    32. Graves A. B., Rosner D., Echeverria D., Mortimer J. A., Larson E. B. (September 1998). Occupational exposures to solvents and aluminium and estimated risk of Alzheimer’s disease // Occup. Environ. Med. 55 (9): 627—633.
    33. Antiperspirants/Deodorants and Breast Cancer.
    34. aluminum chloride hexahydrate.

    СсылкиПравить

      Алюминий на Викискладе
    • Алюминий // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.
    • Алюминий на Webelements
    • Алюминий в Популярной библиотеке химических элементов
    • Алюминий в месторождениях
    • История, производство и способы использования алюминия
    • Алексеев А. И., Валов М. Ю., Юзвяк З. Критерии качества водных систем: Учебное пособие. — СПб: ХИМИЗДАТ, 2002. ISBN 5-93808-043-6
    • ГН 2.1.5.1315-03 Предельно-допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования.
    • ГОСТ Р 55375-2012. Алюминий первичный и сплавы на его основе. Марки
    • Документальный фильм «Алюминий»

    ← Молярная и молекулярная масса

    • Относительная молекулярная масса Al: 26.9815386
    • Молярная масса Al: 26.9815386 г/моль (0.02698 кг/моль)
    Элемент Всего атомов Атомная масса, а.е.м. Общая масса атомов, а.е.м.
    Al (алюминий) 1 26.9815386 26.9815386
    26.9815386

    Расчёт молярной и относительной молекулярной массы Al

    • Mr[Al] = Ar[Al] = 26.9815386 = 26.9815386
    • Молярная масса (в кг/моль) = Mr[Al] : 1000 = 26.9815386 : 1000 = 0.02698 кг/моль

    Электронная конфигурация атома алюминия

    Калькулятор массы

    Химическая формула соединения

    Рассчитать

    Адрес
    Поделитесь информацией с друзьями

    Скачать файл pdf
    Скачать перечень калькуляторов

    Относительные молекулярные массы других соединений

    CH2I2 [267.83552]
    C11H10 [142.1971]
    Калькулятор молекулярной массы
    language: en

    Бор представляет собой неметалл. Алюминий — переход­ный металл, а галлий, индий и таллий — полноценные метал­лы. Таким образом, с ростом радиусов атомов элементов каждой группы периодической системы металлические свой­ства простых веществ усиливаются.

    Рассмотрим подробнее свойства алюминия.

    1. Положение алюминия в таблице Д. И. Менделеева. Строение атома, проявляемые степени окисления.

    Элемент алюминий расположен в III группе, главной «А» подгруппе, 3 периоде периодической системы, порядковый номер №13, относительная атомная масса Ar(Al) = 27. Его соседом слева в таблице является магний – типичный металл, а справа – кремний – уже неметалл. Следовательно, алюминий должен проявлять свойства некоторого промежуточного характера и его соединения являются амфотерными.

    Al +13 )2)8)3

    Al0 – 3 e → Al+3 Алюминий проявляет в соединениях степень окисления +3:

    2. Физические свойства алюминия

    Алюминий в свободном виде — се­ребристо-белый металл, обладающий высокой тепло- и электро­проводностью. Температура плавления 650 оС. Алюминий имеет невысокую плотность (2,7 г/см3) — при­мерно втрое меньше, чем у железа или меди, и одновременно — это прочный металл.

    3. Нахождение в природе

    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 алюминий встречается только в соединениях (минералах).

    Некоторые из них:

    Бокситы Al2O3 • H2O (с примесями SiO2, Fe2O3, CaCO3); Нефелины — Na3[AlSiO4]4; Алуниты — KAl(SO4)2 • 2Al(OH)3; Глинозёмы (смеси каолинов с песком SiO2, известняком CaCO3, магнезитом MgCO3); Корунд — Al2O3; Полевой шпат (ортоклаз) — K2O•Al2O3•6SiO2; Каолинит — Al2O3•2SiO2 • 2H2O; Алунит — (Na,K)2SO4•Al2(SO4)3•4Al(OH)3; Берилл — 3ВеО • Al2О3 • 6SiO2

    4. Химические свойства алюминия и его соединений

    Алюминий легко взаимодействует с кислородом при обычных условиях и покрыт оксидной пленкой (она придает матовый вид).

    ДЕМОНСТРАЦИЯ ОКСИДНОЙ ПЛЁНКИ

    Её толщина 0,00001 мм, но благодаря ней алюминий не коррозирует. Для изучения химических свойств алюминия оксидную пленку удаляют. (При помощи наждачной бумаги, или химически: сначала опуская в раствор щелочи для удаления оксидной пленки, а затем в раствор солей ртути для образования сплава алюминия со ртутью – амальгамы).

    I. Взаимодействие с простыми веществами — неметаллами

    • Алюминий уже при комнатной температуре активно реагирует со всеми галогенами, образуя галогениды.

    • при нагревании он взаимодействует с серой (200 °С) 2Аl + 3S = Аl2S3 (сульфид алюминия),

    • азотом (800 °С) 2Аl + N2 = 2АlN (нитрид алюминия),

    • фосфором (500 °С) Аl + Р = АlР (фосфид алюминия)

    • углеродом (2000 °С) 4Аl + 3С = Аl4С3 (карбид алюминия)

    • с йодом в присутствии катализатора — воды (видео) 2Аl + 3I2 = 2 AlI3 (йодид алюминия)

    Все эти соединения полностью гидролизуются с образованием гидроксида алюминия и, соответственно, сероводорода, аммиака, фосфина и метана:

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

    Al4C3 + 12H2O = 4Al(OH)3+ 3CH4­

    В виде стружек или порошка он ярко горит на воздухе, выде­ляя большое количество теплоты:

    4Аl + 3O2 = 2Аl2О3 + 1676 кДж.

    горение алюминия на воздухе (видео)

    Взаимодействие алюминия с кислорродом (опыт)

    II. Взаимодействие алюминия со сложными веществами

    • Взаимодействие с водой:

    2Al + 6H2O = 2 Al(OH)3 + 3H2 без оксидной пленки!!

    Опыт (видео)

    • Взаимодействие с оксидами металлов:

    Алюминий – хороший восстановитель, так как является одним из активных металлов. Стоит в ряду активности сразу после щелочно-земельных металлов. Поэтому восстанавливает металлы из их оксидов. Такая реакция – алюмотермия – используется для получения чистых редких металлов, например таких, как вольфрам, ваннадий и др.

    3 Fe3O4 + 8Al = 4Al2O3 + 9Fe +Q

    Термитная смесь Fe3O4 и Al (порошок) –используется ещё и в термитной сварке.

    Сr2О3 + 2Аl = 2Сr + Аl2О3

    • Взаимодействие с кислотами, например с раствором серной кислоты с образованием соли и водорода:

    2 Al + 3 H2SO4 = Al2(SO4)3 + 3 H2

    С холодными концентрированными серной и азотной не реагирует (пассивирует). Поэтому азотную кислоту перевозят в алюминиевых цистернах. При нагревании алюминий способен восстанавливать эти кислоты без выделения водорода:

    2Аl + 6Н24(конц) = Аl2(SО4)3 + 3SО2 + 6Н2О,

    Аl + 6НNO3(конц) = Аl(NO3)3 + 3NO2 + 3Н2О.

    • Взаимодействие алюминия с щелочами (видео).

    2Al + 2NaOH + 6H2O = 2 Na[Al(OH)4] + 3H2

    Na[Аl(ОН)4] – тетрагидроксоалюминат натрия

    По предложению химика Горбова, в русско-японскую войну эту реакцию использовали для получения водорода для аэростатов.

    • Взаимодействие алюминия с растворами солей:

    2Al + 3CuSO4 = Al2(SO4)3 + 3Cu

    Если поверхность алюминия потереть солью ртути, то происходит реакция:

    2Al + 3HgCl2 = 2AlCl3 + 3Hg

    Выделившаяся ртуть растворяет алюминий, образуя амальгаму.

    Обнаружение ионов алюминия в растворах (видео):

    5. Применение алюминия и его соединений: РИСУНОК 1 и РИСУНОК 2

    Физические и химические свойства алюминия обусловили его широкое применение в технике. Крупным потребителем алюминия является авиационная промышленность: самолет на 2/3 состоит из алюминия и его сплавов. Самолет из стали оказался бы слишком тяжелым и смог бы нести гораздо меньше пассажиров. Поэтому алюминий называют крылатым металлом. Из алюминия изготовляют кабели и провода: при одинаковой электрической проводимости их масса в 2 раза меньше, чем соответствующих изделий из меди.

    Учитывая коррозионную устойчивость алюминия, из него изготовляют детали аппаратов и тару для азотной кислоты. Порошок алюминия является основой при изготовлении серебристой краски для защиты железных изделий от коррозии, а также для отражения тепловых лучей такой краской покрывают нефтехранилища, костюмы пожарных.

    Оксид алюминия используется для получения алюминия, а также как огнеупорный материал.

    Гидроксид алюминия – основной компонент всем известных лекарств маалокса, альмагеля, которые понижают кислотность желудочного сока.

    Соли алюминия сильно гидролизуются. Данное свойство применяют в процессе очистки воды. В очищаемую воду вводят сульфат алюминия и небольшое количество гашеной извести для нейтрализации образующейся кислоты. В результате выделяется объемный осадок гидроксида алюминия, который, оседая, уносит с собой взвешенные частицы мути и бактерии.

    Таким образом, сульфат алюминия является коагулянтом.

    6. Получение алюминия

    1) Современный рентабельный способ получения алюминия был изобретен американцем Холлом и французом Эру в 1886 году. Он заключается в электролизе раствора оксида алюминия в расплавленном криолите. Расплавленный криолит Na3AlF6 растворяет Al2O3, как вода растворяет сахар. Электролиз “раствора” оксида алюминия в расплавленном криолите происходит так, как если бы криолит был только растворителем, а оксид алюминия — электролитом.

    2Al2O3 эл.ток→ 4Al + 3O2

    В английской “Энциклопедии для мальчиков и девочек” статья об алюминии начинается следующими словами: “23 февраля 1886 года в истории цивилизации начался новый металлический век — век алюминия. В этот день Чарльз Холл, 22-летний химик, явился в лабораторию своего первого учителя с дюжиной маленьких шариков серебристо-белого алюминия в руке и с новостью, что он нашел способ изготовлять этот металл дешево и в больших количествах”. Так Холл сделался основоположником американской алюминиевой промышленности и англосаксонским национальным героем, как человек, сделавшим из науки великолепный бизнес.

    2) 2Al2O3 + 3 C = 4 Al + 3 CO2

    ЭТО ИНТЕРЕСНО:

      • Металлический алюминий первым выделил в 1825 году датский физик Ханс Кристиан Эрстед. Пропустив газообразный хлор через слой раскаленного оксида алюминия, смешанного с углем, Эрстед выделил хлорид алюминия без малейших следов влаги. Чтобы восстановить металлический алюминий, Эрстеду понадобилось обработать хлорид алюминия амальгамой калия. Через 2 года немецкий химик Фридрих Вёллер. Усовершенствовал метод, заменив амальгаму калия чистым калием.

      • В 18-19 веках алюминий был главным ювелирным металлом. В 1889 году Д.И.Менделеев в Лондоне за заслуги в развитии химии был награжден ценным подарком – весами, сделанными из золота и алюминия.

      • К 1855 году французский ученый Сен- Клер Девиль разработал способ получения металлического алюминия в технических масштабах. Но способ был очень дорогостоящий. Девиль пользовался особым покровительством Наполеона III, императора Франции. В знак своей преданности и благодарности Девиль изготовил для сына Наполеона, новорожденного принца, изящно гравированную погремушку – первое «изделие ширпотреба» из алюминия. Наполеон намеревался даже снарядить своих гвардейцев алюминиевыми кирасами, но цена оказалась непомерно высокой. В то время 1 кг алюминия стоил 1000 марок, т.е. в 5 раз дороже серебра. Только после изобретения электролитического процесса алюминий по своей стоимости сравнялся с обычными металлами.

      • А знаете ли вы, что алюминий, поступая в организм человека, вызывает расстройство нервной системы. При его избытке нарушается обмен веществ. А защитными средствами является витамин С, соединения кальция, цинка.

      • При сгорании алюминия в кислороде и фторе выделяется много тепла. Поэтому его используют как присадку к ракетному топливу. Ракета «Сатурн» сжигает за время полёта 36 тонн алюминиевого порошка. Идея использования металлов в качестве компонента ракетного топлива впервые высказал Ф. А. Цандер.

    ТРЕНАЖЁРЫ

    Тренажёр №1 — Характеристика алюминия по положению в Периодической системе элементов Д. И. Менделеева

    Тренажёр №2 — Уравнения реакций алюминия с простыми и сложными веществами

    Тренажёр №3 — Химические свойства алюминия

    ЗАДАНИЯ ДЛЯ ЗАКРЕПЛЕНИЯ

    №1. Для получения алюминия из хлорида алюминия в качестве восстановителя можно использовать металлический кальций. Составьте уравнение данной химической реакции, охарактеризуйте этот процесс при помощи электронного баланса.

    Подумайте! Почему эту реакцию нельзя проводить в водном растворе?

    №2. Закончите уравнения химических реакций:

    Al + H2SO4 (раствор) →

    Al + H2SO4 (раствор)→

    Al + CuCl2

    Al + HNO3

    Al + CuCl2

    Al + HNO3(конц) —t->

    Al + NaOH + H2O→

    Al + NaOH + H2O→

    №3. Осуществите превращения:

    Al → AlCl3→ Al → Al2S3 → Al(OH)3t->Al2O3 → Al

    люминий
    Атомный номер 13
    Внешний вид простого вещества Алюминиймягкий лёгкий
    металл серебристо-белого цвета
    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 простого вещества
    Плотность 2,6989 г/см³
    Молярная теплоёмкость 24,35[1] Дж/(K·моль)
    Теплопроводность 237 Вт/(м·K)
    Температура плавления 933,5 K
    Теплота плавления 10,75 кДж/моль
    Температура кипения 2792 K
    Теплота испарения 284,1 кДж/моль
    Молярный объём 10,0 см³/моль
    Кристаллическая решётка простого вещества
    Структура решётки кубическая гранецентрированая
    Параметры решётки 4,050 Å
    Отношение c/a
    Температура Дебая 394 K
    Al 13
    26,981539
    [Ne]3s23p1
    Алюминий

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

    Простое вещество алюминий (CAS-номер: 7429-90-5) — лёгкий, парамагнитный металл серебристо-белого цвета, легко поддающийся формовке, литью, механической обработке. Алюминий обладает высокой тепло- и электропроводностью, стойкостью к коррозии за счёт быстрого образования прочных оксидных плёнок, защищающих поверхность от дальнейшего взаимодействия.

    По некоторым биологическим исследованиям поступление алюминия в организм человека было сочтено фактором в развитии болезни Альцгеймера, но эти исследования были позже раскритикованы и вывод о связи одного с другим опровергался. 

    История

    Схема атома алюминия

    Впервые алюминий 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. 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.

    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. кВт·ч электроэнергии постоянного тока.

    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 кДж/кг, температура кипения — 2500 °C, удельная теплота испарения — 10,53 МДж/кг, временное сопротивление литого алюминия — 10-12 кг/мм², деформируемого — 18-25 кг/мм², сплавов — 38-42 кг/мм².

    Твёрдость по Бринеллю — 24-32 кгс/мм², высокая пластичность: у технического — 35 %, у чистого — 50 %, прокатывается в тонкий лист и даже фольгу.

    Алюминий обладает высокой электропроводностью и теплопроводностью, 65 % от электропроводности меди, обладает высокой светоотражательной способностью.

    Алюминий образует сплавы почти со всеми металлами.

    Нахождение в природе

    Природный алюминий 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 алюминий встречается только в соединениях (минералах). Некоторые из них:

    • Бокситы — Al2O3 • H2O (с примесями SiO2, Fe2O3, CaCO3)
    • Нефелины — KNa3[AlSiO4]4
    • Алуниты — KAl(SO4)2 • 2Al(OH)3
    • Глинозёмы (смеси каолинов с песком SiO2, известняком CaCO3, магнезитом MgCO3)
    • Корунд — Al2O3
    • Полевой шпат (ортоклаз) — K2O×Al2O3×6SiO2
    • Каолинит — Al2O3×2SiO2 × 2H2O
    • Алунит — (Na,K)2SO4×Al2(SO4)3×4Al(OH)3
    • Берилл — 3ВеО • Al2О3 • 6SiO2

    В природных водах алюминий содержится в виде малотоксичных химических соединений, например, фторида алюминия. Вид катиона или аниона зависит, в первую очередь, от кислотности водной среды. Концентрации алюминия в поверхностных водных объектах России колеблются от 0,001 до 10 мг/л.

    Химические свойства

    Гидроксид алюминия

    При нормальных условиях алюминий покрыт тонкой и прочной оксидной плёнкой и потому не реагирует с классическими окислителями: с H2O (t°);O2, HNO3 (без нагревания). Благодаря этому алюминий 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), алюминий выступает как активный металл-восстановитель.

    Легко реагирует с простыми веществами:

    • с кислородом:

      4Al + 3O2 = 2Al2O3
    • с галогенами:

      2Al + 3Br2 = 2AlBr3
    • 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:

    • с водой (после удаления защитной оксидной пленки, например, амальгамированием или растворами горячей щёлочи):

      2Al + 6H2O = 2Al(OH)3 + 3H
    • со щелочами (с образованием тетрагидроксоалюминатов и других алюминатов):

      2Al + 2NaOH + 6H2O = 2Na[Al(OH)4] + 3H
      2(NaOH•H2O) + 2Al = 2NaAlO2 + 3H2
    • Легко растворяется в соляной и разбавленной серной кислотах:

      2Al + 6HCl = 2AlCl3 + 3H
      2Al + 3H2SO4(разб) = Al2(SO4)3 + 3H2
    • При нагревании растворяется в кислотах — окислителях, образующих растворимые соли алюминия:

      2Al + 6H2SO4(конц) = Al2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O
      Al + 6HNO3(конц) = Al(NO3)3 + 3NO + 3H2O
    • восстанавливает металлы из их оксидов (алюминотермия):

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

    Производство

    производство алюминия

    Одна красивая, но, вероятно, неправдоподобная легенда из «Historia naturalis« гласит, что однажды к римскому императору Тиберию (42 год до н. э. — 37 год н. э.) пришёл ювелир с металли­ческой, небьющейся обеденной тарелкой, изготовленной, якобы из глинозёма — Al2O3. Тарелка была очень светлой и блестела, как серебро. По всем признакам она должна быть алюминиевой. При этом ювелир утверждал, что только он и боги знают, как получить этот металл из глины. Тиберий, опа­саясь, что металл из легкодоступной глины может обесценить золото и серебро, приказал, на всякий случай, отрубить чело­веку голову. Очевидно, данная легенда весьма сомнительна, так как само­родный алюминий в природе не встречается в силу своей высокой активности и во времена Рим­ской империи не могло быть технических средств, которые позволили бы извлечь алюми­ний из глинозёма.

    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 алюминий в промышленных масштабах не производился.

    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 6—8 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 алюминий электролизом расплава хлорида натрия-алюминия.

    В 1885 году, основываясь на технологии, предложенной русским ученым Николаем Бекетовым, был построен завод по производству алюминия в немецком городе Гмелингеме. Технология Бекетова мало чем отличалась от способа Девиля, но была проще и заключалась во взаимодействии между криолитом (Na3AlF6) и магнием. За пять лет на этом заводе было получено около 58 т алюминия — более четверти всего мирового производства металла химическим путем в период с 1854 по 1890 год.

    Метод, изобретённый почти одновременно Чарльзом Холлом во Франции и Полем Эру в США в 1886 году и основанный на получении алюминия электролизом глинозема, растворённого в расплавленном криолите, положил начало современному способу производства алюминия. С тех пор, в связи с усовершенствованием электротехники, производство алюминия совершенствовалось. Заметный вклад в развитие производства глинозема внесли русские ученые К. И. Байер, Д. А. Пеняков, А. Н. Кузнецов, Е. И. Жуковский, А. А. Яковкин и др.

    Первый алюминиевый завод в России был построен в 1932 году в Волхове. Металлургическая промышленность СССР в 1939 году производила 47,7 тыс.тонн алюминия, ещё 2,2 тыс.тонн импортировалось.

    Вторая мировая война значительно стимулировала производство алюминия. Так, в 1939 году общемировое его производство, без учёта СССР, составляло 620 тыс. т, но уже к 1943 году выросло до 1,9 млн т.

    К 1956 году в мире производилось 3,4 млн т первичного алюминия, в 1965 году — 5,4 млн т, в 1980 году — 16,1 млн т, в 1990 году — 18 млн т.

    В 2007 году в мире было произведено 38 млн т первичного алюминимя, а в 2008 — 39,7 млн т. Лидерами производства являлись: Китай (в 2007 году произвёл 12,60 млн т, а в 2008 — 13,50 млн т), Россия (3,96/4,20), Канада (3,09/3,10), США (2,55/2,64), Австралия (1,96/1,96), Бразилия (1,66/1,66), Индия (1,22/1,30), Норвегия (1,30/1,10), ОАЭ (0,89/0,92), Бахрейн (0,87/0,87), ЮАР (0,90/0,85), Исландия (0,40/0,79), Германия (0,55/0,59), Венесуэла (0,61/0,55), Мозамбик (0,56/055), Таджикистан (0,42/0,42).

    В России фактическим монополистом по производству алюминия является ОАО «Русский алюминий», на который приходится около 13 % мирового рынка алюминия и 16 % глинозёма.

    Мировые запасы бокситов практически безграничны, то есть несоизмеримы с динамикой спроса. Существующие мощности могут производить до 44,3 млн т первичного алюминия в год. Следует также учитывать, что в будущем некоторые из применений алюминия могут быть переориентированы на использование, например, композитных материалов.

    Применение

    Кусок алюминия и американская монетка.

    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, алюминиевой фольги 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 дюралюминий.

    Электропроводность алюминия всего в 1,7 раза меньше, чем у меди, при этом алюминий 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 прочная оксидная плёнка, затрудняющая спаивание.

    • Благодаря комплексу свойств широко распространён в тепловом оборудовании.
    • Алюминий 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 алюминий 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.

    В качестве восстановителя

    • Как компонент термита, смесей для алюмотермии
    • Алюминий применяют для восстановления редких металлов из их оксидов или галогенидов.

    Сплавы на основе алюминия

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

    Алюминиевый прокат

    — 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. Сплав с бо́льшим содержанием меди по цвету внешне очень похож на золото, и его иногда применяют для имитации последнего.

    — 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 приборах 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.

    Пищевая промышленность

    Алюминий зарегистрирован в качестве пищевой добавки Е173.

    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 твёрдых 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/с Весовое содерж. горючего, %
    Фтор 348,4 5009 1,504 5328 25
    Тетрафторгидразин 327,4 4758 1,193 4434 19
    ClF3 287,7 4402 1,764 4762 20
    ClF5 303,7 4604 1,691 4922 20
    Перхлорилфторид 293,7 3788 1,589 4617 47
    Фторид кислорода 326,5 4067 1,511 5004 38,5
    Кислород 310,8 4028 1,312 4428 56
    Перекись водорода 318,4 3561 1,466 4806 52
    N2O4 300,5 3906 1,467 4537 47
    Азотная кислота 301,3 3720 1,496 4595 49

    Алюминий в мировой культуре

    Поэт Андрей Вознесенский написал в 1959 году стихотворение «Осень», в котором использовал алюминий в качестве художественного образа:
    …А за окошком в юном инее
    лежат поля из алюминия…

    Виктор Цой написал песню «Алюминиевые огурцы» с припевом:
    Сажаю алюминиевые огурцы
    На брезентовом поле
    Я сажаю алюминиевые огурцы
    На брезентовом поле

    Токсичность

    Отличается незначительным токсическим действием, но многие растворимые в воде неорганические соединения алюминия сохраняются в растворённом состоянии длительное время и могут оказывать вредное воздействие на человека и теплокровных животных через питьевую воду. Наиболее ядовиты хлориды, нитраты, ацетаты, сульфаты и др. Для человека токсическое действие при попадании внутрь оказывают следующие дозы соединений алюминия (мг/кг массы тела): ацетат алюминия — 0,2-0,4; гидроксид алюминия — 3,7-7,3; алюминиевые квасцы — 2,9. В первую очередь действует на нервную систему (накапливается в нервной ткани, приводя к тяжёлым расстройствам функции ЦНС). Однако свойство нейротоксичности алюминия стали изучать с середины 1960-х годов, так как накоплению металла в организме человека препятствует механизм его выведения. В обычных условиях с мочой может выделяться до 15 мг элемента в сутки. Соответственно, наибольший негативный эффект наблюдается у людей с нарушенной выделительной функцией почек.

    Норматив содержания алюминия в воде хозяйственно-питьевого использования сотавляет 0,2 мг/л. При этом данная ПДК может быть увеличена до 0,5 мг/л главным государственным санитарным врачом по соответствующей территории для конкретной системы водоснабжения.

    Дополнительная информация

    — Гидроксид алюминия
    — Энциклопедия об алюминии
    — Соединения алюминия
    — Международный институт алюминия

    Алюминий, Aluminium, Al (13)

    Вяжущие вещества, содержащие алюминий, известны с глубокой древности. Однако под квасцами (лат. Alumen или Alumin, нем. Alaun), о которых говорится, в частности, у Плиния, в древности и в средние века понимали различные вещества. В «Алхимическом словаре» Руланда слово Alumen с добавлением различных определений приводится в 34 значениях. В частности, оно означало антимоний, Alumen alafuri — алкалическую соль, Alumen Alcori — нитрум или алкалические квасцы, Alumen creptum — тартар (винный камень) хорошего вина, Alumen fascioli — щелочь, Alumen odig — нашатырь, Alumen scoriole — гипс и т. д. Лемери, автор известного «Словаря простых аптекарских товаров» (1716), также приводит большой перечень разновидностей квасцов.

    До XVIII в. соединения алюминия (квасцы и окись) не умели отличать от других, похожих по внешнему виду соединений. Лемери следующим образом описывает квасцы: «В 1754 r. Маргграф выделил из раствора квасцов (действием щелочи) осадок окиси алюминия, названной им »квасцовой землей» (Alaunerde), и установил ее отличие от других земель. Вскоре квасцовая земля получила название алюмина (Alumina или Alumine). В 1782 г. Лавуазье высказал мысль, что алюмина представляет собой окисел неизвестного элемента. В «Таблице простых тел» Лавуазье поместил алюмину (Alumine) среди «простых тел, солеобразующих, землистых«. Здесь же приведены синонимы названия алюмина: аргила (Argile), квасцовая. земля, основание квасцов. Слово аргила, или аргилла, как указывает Лемери в своем словаре, происходит от греч. горшечная глина. Дальтон в своей »Новой системе химической философии» приводит специальный знак для алюмины и дает сложную структурную (!) формулу квасцов.

    После открытия с помощью гальванического электричества щелочных металлов Дэви и Берцелиус безуспешно пытались выделить тем же путем металлический алюминий из глинозема. Лишь в 1825 г. задача была решена датским физиком Эрстедом химическим способом. Он пропускал хлор через раскаленную смесь глинозема с углем, и полученный безводный хлористый алюминий нагревал с амальгамой калия. После испарения ртути, пишет Эрстед, получался металл, похожий по внешнему виду на олово. Наконец, в 1827 г. Велер выделил металлический алюминий более эффективным способом — нагреванием безводного хлористого алюминия с металлическим калием.

    Около 1807 г. Дэви, пытавшийся осуществить электролиз глинозема, дал название предполагаемому в нем металлу алюмиум (Alumium) или алюминум (Aluminum). Последнее название с тех пор ужилось в США, в то время как в Англии и других странах принято предложенное впоследствии тем же Дэви название алюминиум (Aluminium). Вполне ясно, что все эти названия произошли от латинского слова квасцы (Alumen), насчет происхождения которого существуют разные мнения, базирующиеся на свидетельствах различных авторов, начиная с древности.

    А. М. Васильев, отмечая неясное происхождение этого слова, приводит мнение некоего Исидора (очевидно Исидора Севильского, епископа, жившего в 560 — 636 гг.,- энциклопедиста, занимавшегося, в частности, этимологическими исследованиями): «Alumen называют a lumen, так как он придает краскам lumen (свет, яркость), будучи добавлен при крашении«. Однако это, хотя и очень давнее, объяснение не доказывает, что слово alumen имеет именно такие истоки. Здесь вполне вероятна лишь случайная тавтология. Лемери (1716) в свою очередь указывает, что слово alumen связано с греческим (халми), означающим соленость, соляной раствор, рассол и пр.

    Русские названия алюминия в первые десятилетия XIX в. довольно разнообразны. Каждый из авторов книг по химии этого периода, очевидно, стремился предложить свое название. Так, Захаров именует алюминий глиноземом (1810), Гизе — алумием (1813), Страхов — квасцом (1825), Иовский — глинистостью, Щеглов — глиноземием (1830). В »Магазине Двигубского» (1822 — 1830) глинозем называется алюмин, алюмина, алумин (например, фосфорно-кисловатая алюмина), а металл — алуминий и алюминий (1824). Гесс в первом издании «Оснований чистой химии» (1831) употребляет название глиноземий (Aluminium), а в пятом издании (1840) — глиний. Однако названия для солей он образует на основе термина глинозем, например сернокислый глинозем. Менделеев в первом издании »Основ химии» (1871) пользуется названиями алюминий и глиний. В дальнейших изданиях слово глиний уже не встречается.

    Понравилась статья? Поделить с друзьями:
  • Как найти человека в контактах в инсте
  • Как составить программу организации производства
  • Как найти друга в вконтакте видео
  • Нужен любовник как найти
  • Excel vba как найти символ