Знаймо![]() приховати рекламу
| Цей текст може містити помилки. АлюмінійПлан:
Введення![]() Кодовий символ вказує що алюміній може бути вдруге перероблений Алюміній - елемент головної підгрупи третьої групи третього періоду періодичної системи хімічних елементів Д. І. Менделєєва, з атомним номером 13. Позначається символом Al ( лат. Aluminium ). Відноситься до групи легких металів. Найбільш поширений метал і третій за поширеністю хімічний елемент в земній корі (після кисню і кремнію). Проста речовина алюміній ( CAS-номер : 7429-90-5) - легкий, парамагнітний метал сріблясто-білого кольору, що легко піддається формуванню, литтю, механічній обробці. Алюміній має високу тепло-і електропровідність, стійкістю до корозії за рахунок швидкого освіти міцних оксидних плівок, що захищають поверхню від подальшої взаємодії. 1. ІсторіяВперше алюміній був отриманий датським фізиком Гансом Ерстед в 1825 дією амальгами калію на хлорид алюмінію з наступною відгоном ртуті. Назва елемента утворено від лат. aluminis - галун. 2. ОтриманняСучасний метод отримання був розроблений незалежно американцем Чарльзом Холом і французом Полем Еру в 1886 році. Він полягає в розчиненні оксиду алюмінію Al 2 O 3 в розплаві кріоліту Na 3 AlF 6 з подальшим електролізом з використанням витрачаються коксових або графітових електродів. Такий метод отримання вимагає великих витрат електроенергії, і тому виявився затребуваний тільки в XX столітті. Для виробництва 1 т алюмінію чорнового потрібно 1,920 т глинозему, 0,065 т кріоліту, 0,035 т фториду алюмінію, 0,600 т анодної маси і 17 тис. кВт год електроенергії постійного струму [2]. 3. Фізичні властивості Метал сріблясто-білого кольору, легкий, Твердість по Бринеллю - 24 ... 32 кгс / мм , Алюміній має високу електропровідністю (0,0265 мкОм м) і теплопровідністю (203,5 Вт / (м К)), 65% від електропровідності міді, має високу світловідбивними здатністю. Алюміній утворює сплави майже з усіма металами. Найбільш відомі сплави з міддю і магнієм ( дюралюміній) і кремнієм ( силумін). 4. Знаходження в природіПриродний алюміній складається практично повністю з єдиного стабільного ізотопу 27 Al зі слідами 26 Al, радіоактивного ізотопу з періодом напіврозпаду 720 тис. років, що утворюється в атмосфері при бомбардуванні ядер аргону протонами космічних променів. За поширеністю в земній корі Землі займає 1-е серед металів і 3-е місце серед елементів, поступаючись тільки кисню і кремнію. Відсоток вмісту алюмінію в земній корі за даними різних дослідників становить від 7,45 до 8,14% від маси земної кори [3]. У природі алюміній у зв'язку з високою хімічною активністю зустрічається майже виключно у вигляді сполук. Деякі з них:
Тим не менш, в деяких специфічних відновних умовах можливе утворення самородного алюмінію [4]. У природних водах алюміній міститься у вигляді малотоксичних хімічних сполук, наприклад, фториду алюмінію. Вид катіона або аніона залежить, в першу чергу, від кислотності водного середовища. Концентрації алюмінію в поверхневих водних об'єктах Росії коливаються від 0,001 до 10 мг / л, в морській воді 0,01 мг / л [5]. 5. Хімічні властивостіПри нормальних умовах алюміній покритий тонкою і міцною оксидної плівкою і тому не реагує з класичними окислювачами : з H 2 O (t ); O 2, HNO 3 (без нагрівання). Завдяки цьому алюміній практично не схильний корозії і тому широко затребуваний сучасною індустрією. Однак при руйнуванні оксидної плівки (наприклад, при контакті з розчинами солей амонію NH 4 +, гарячими лугами або внаслідок амальгамирования), алюміній виступає як активний метал-відновник. Легко реагує з простими речовинами:
Сульфід і карбід алюмінію повністю гідролізуються:
Зі складними речовинами:
6. ВиробництвоОдна гарна, але, ймовірно, неправдоподібна легенда з " Historia naturalis "говорить, що одного разу до римського імператора Тиберію (42 рік до н. е.. - 37 рік н. е..) прийшов ювелір з металевою, не б'ється обідньої тарілкою, виготовленої, нібито з глинозему - Al 2 O 3. Тарілка була дуже світлою і блищала, як срібло. За всіма ознаками вона повинна бути алюмінієвою. При цьому ювелір стверджував, що тільки він і боги знають, як отримати цей метал з глини. Тіберій, побоюючись, що метал з легкодоступною глини може знецінити золото і срібло, наказав на всякий випадок відрубати людині голову. Очевидно, дана легенда вельми сумнівна, так як самородний алюміній в природі не зустрічається в силу своєї високої активності і за часів Римської імперії не могло бути технічних засобів, які дозволили б отримати алюміній з глинозему. Лише майже через 2000 років після Тиберія - в 1825, данський фізик Ханс Християн Ерстед отримав кілька міліграмів металевого алюмінію, а в 1827 Фрідріх Велер зміг виділити крупинки алюмінію, які, проте, на повітрі негайно покривалися найтоншою плівкою оксиду алюмінію. До кінця XIX століття алюміній в промислових масштабах не проводився. Тільки в 1854 Анрі Сент-Клер Девіль (його дослідження фінансував Наполеон III, розраховуючи, що алюміній нагоді його армії [7] [8]) винайшов перший спосіб промислового виробництва алюмінію, заснований на витіснення алюмінію металевим натрієм з подвійного хлориду натрію і алюмінію NaCl AlCl 3. У 1855 році був отриманий перший зливок металу масою 6-8 кг. За 36 років застосування, з 1855 по 1890, способом Сент-Клер Девіль було отримано 200 тонн металевого алюмінію. В 1856 він же отримав алюміній електролізом розплаву хлориду натрію-алюмінію. В 1885, грунтуючись на технології, запропонованої російським ученим Миколою Бекетовим, був побудований завод з виробництва алюмінію в німецькому місті Гмелінгеме. Технологія Бекетова мало чим відрізнялася від способу Девіль, але була простіше і полягала у взаємодії між кріоліту (Na 3 AlF 6) і магнієм. За п'ять років на цьому заводі було отримано близько 58 т алюмінію - понад чверть всього світового виробництва металу хімічним шляхом у період з 1854 по 1890. Метод, винайдений майже одночасно Чарльзом Холом під Франції і Полем Еру в США в 1886 і заснований на отриманні алюмінію електролізом глинозему, розчиненого в розплавленому кріоліті, поклав початок сучасному способу виробництва алюмінію. З тих пір, у зв'язку з удосконаленням електротехніки, виробництво алюмінію удосконалювалося. Помітний внесок у розвиток виробництва глинозему внесли російські вчені К. І. Байєр, Д. А. Пеняк, А. Н. Кузнецов, Є. І. Жуковський, А. А. Яковкін та ін Перший алюмінієвий завод в Росії був побудований в 1932 в Волхові. Металургійна промисловість СРСР в 1939 році виробляла 47,7 тис.тонн алюмінію, ще 2,2 тис.тонн імпортувалося. Друга світова війна значно стимулювала виробництво алюмінію. Так, в 1939 загальносвітове його виробництво, без урахування СРСР, становила 620 тис. т, але вже до 1943 зросла до 1,9 млн т. До 1956 в світі вироблялося 3,4 млн т первинного алюмінію, в 1965 - 5,4 млн т, в 1980 - 16,1 млн т, в 1990 - 18 млн т. В 2007 в світі було вироблено 38 млн т первинного алюмінію, а в 2008 - 39,7 млн т. Лідерами виробництва були:
. У Росії монополістом з виробництва алюмінію є компанія " Російський алюміній ", на яку припадає близько 13% світового ринку алюмінію і 16% глинозему [10]. Світові запаси бокситів практично безмежні, тобто неспівмірні з динамікою попиту. Існуючі потужності можуть виробляти до 44,3 млн т первинного алюмінію в рік. Слід також враховувати, що в майбутньому деякі з застосувань алюмінію можуть бути переорієнтовані на використання, наприклад, композитних матеріалів. 7. ЗастосуванняШироко застосовується як конструкційний матеріал. Основні переваги алюмінію в цій якості - легкість, податливість штампування, корозійна стійкість (на повітрі алюміній покривається миттєво міцною плівкою Al 2 O 3, яка перешкоджає його подальшому окисленню), висока теплопровідність, неотруйні його сполук. Зокрема, ці властивості зробили алюміній надзвичайно популярним при виробництві кухонного посуду, алюмінієвої фольги в харчовій промисловості та для упаковки. Основний недолік алюмінію як конструкційного матеріалу - мала міцність, тому його зазвичай сплавляють з невеликою кількістю міді і магнію (сплав називається дюралюміній). Електропровідність алюмінію всього в 1,7 рази менше, ніж у міді, при цьому алюміній приблизно в 4 рази дешевше [11] за кілограм, але, за рахунок в 3,3 рази меншої щільності, для отримання рівного опору його потрібно приблизно в 2 рази менше за вагою. Тому він широко застосовується в електротехніці для виготовлення проводів, їх екранування і навіть у мікроелектроніці при виготовленні провідників у чіпах. Меншу електропровідність алюмінію (37 1/ом) в порівнянні з міддю (63 1/ом) компенсують збільшенням перетину алюмінієвих провідників. Недоліком алюмінію як електротехнічного матеріалу є наявність міцної оксидної плівки, що утрудняє пайку.
7.1. В качестве восстановителя
7.2. Сплавы на основе алюминияВ качестве конструкционного материала обычно используют не чистый алюминий, а разные сплавы на его основе. Нумерация серий сплавов в данной статье приведена для США (стандарт маркировки компании Alcoa)
В сплавах этой системы, содержащих до 6 % Mg, образуется эвтектическая система соединения Al 3 Mg 2 c твердым 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 3035 %. 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.
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.
В качестве легирующих добавок могут встречаться марганец, кремний, железо и магний. Причем наиболее сильное влияние на свойства сплава оказывает последний: легирование магнием заметно повышает предел 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.
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.
7.3. Алюминий как добавка в другие сплавыАлюминий 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). 7.4. Ювелірні вироби![]() Алюминиевое украшение для японских причёсок 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 них 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. 7.5. СтекловарениеВ стекловарении используются фторид, фосфат и оксид алюминия. 7.6. Харчова промисловістьАлюминий зарегистрирован в качестве пищевой добавки Е173. 7.7. Алюминий и его соединения в ракетной техникеАлюминий 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:
Триэтилалюминий (обычно, совместно с триэтилбором) используется также для химического зажигания (то есть, как пусковое горючее) в ракетных двигателях, так как самовоспламеняется в газообразном кислороде.
8. Алюміній у світовій культуріПоет Андрій Вознесенський написав в 1959 році вірш "Осінь" [12], в якому використовував алюміній як художнього образу:
Віктор Цой написав пісню "Алюмінієві огірки" з приспівом:
У ленінградської рок-групи "Народне ополчення" в альбомі "Брежнєв живий" 1989 року є пісня "Алюмінієвий дім". Важливу роль алюміній грає в історико-містичної трилогії Андрія Валентинова та Генрі Олді "Алюмен". 8.1. У творах епохи знайомства людства з алюмінієм
9. ТоксичністьВідрізняється незначним токсичною дією, але багато розчинні у воді неорганічні сполуки алюмінію зберігаються в розчиненому стані тривалий час і можуть мати шкідливий вплив на людину і теплокровних тварин через питну воду. Найбільш отруйні хлориди, нітрати, ацетати, сульфати та ін Для людини токсичну дію при попаданні всередину надають такі дози сполук алюмінію (мг / кг маси тіла):
У першу чергу діє на нервову систему (накопичується в нервовій тканині, призводячи до важких розладів функції ЦНС). Однак властивість нейротоксичності алюмінію стали вивчати з середини 1960-х років, так як накопичення металу в організмі людини перешкоджає механізм його виведення. У звичайних умовах з сечею може виділятися до 15 мг елемента в добу. Відповідно, найбільший негативний ефект спостерігається у людей з порушеною функцією виділення нирок. Норматив вмісту алюмінію у воді господарсько-питного використання становить 0,2 мг / л. При цьому дана ГДК може бути збільшена до 0,5 мг / л головним державним санітарним лікарем по відповідній території для конкретної системи водопостачання. За деякими біологічним дослідженням надходження алюмінію в організм людини було визнано фактором у розвитку хвороби Альцгеймера [13] [14], але ці дослідження були пізніше розкритиковані і висновок про зв'язок одного з іншим спростовувався [15] [16] [17]. Примітки
Цей текст може містити помилки. Схожі роботи | скачати Схожі роботи: Російський алюміній Алюміній. Тринадцятий елемент |