Алюміній

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до: навігація, пошук
Алюміній (Al)
Атомний номер 13
Зовнішній вигляд
простої речовини
м'який, легкий,
сріблясто-білий метал
Властивості атома
Атомна маса
(молярна маса)
26,981539 а.о.м. (г/моль)
Радіус атома 143 пм
Енергія іонізації
(перший електрон)
577,2(5,98) кДж/моль (еВ)
Електронна конфігурація [Ne] 3s2 3p1
Хімічні властивості
Ковалентний радіус 118 пм
Радіус іона 51 (+3e) пм
Електронегативність
(за Полінгом)
1,61
Електродний потенціал
Ступені окиснення 3
Термодинамічні властивості
Густина 2,6989 г/см³
Питома теплоємність 0,900 Дж/(K моль)
Теплопровідність 237 Вт/(м К)
Температура плавлення 933,5 K
Теплота плавлення 10,75 кДж/моль
Температура кипіння 2740 K
Теплота випаровування 284,1 кДж/моль
Молярний об'єм 10,0 см³/моль
Кристалічна ґратка
Структура ґратки кубічна
гранецентрована
Період ґратки 4,050 Å
Відношення c/a n/a
Температура Дебая 394,00 K
Періодична система елементів
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 Cn Uut Fl Uup Lv 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

Алюмі́ній (Al) (англ. aluminium, нім. Aluminium) — хімічний елемент III групи періодичної системи, його атомний номер 13, відносна атомна маса 26,9815. В природі існує єдиний стабільний ізотоп 27Al. Третій за вмістом елемент (і найпоширеніший метал) земної кори (після кисню і кремнію), що становить приблизно 8% від її маси.[1]

Історія[ред.ред. код]

Статуя Антероса на площі Піккаділлі в Лондоні, виготовлена в 1893 і є однією з перших статуй відлитих з алюмінію

Назва алюміній походить від слова alumen (галун), яке в свою чергу виникло за Ісідором (VII ст. до н. е.), в зв'язку з застосуванням цієї речовини в якості протрави для фарбування: «Alumen vocatur a lumin e, quod lumen coloribus praestat tingendis»[2]. Пліній описує галуни і їх затосування і знаходить згадку про них ще в Геродота (V ст. до н. е.) під назвою σττπτηρία. Однак в той час галуни (тобто KAl(SO4)2·12H2O) не відрізняли від сполук з аналогічною дією, наприклад залізного купоросу. В чистому вигляді галуни були отримані, очевидно, алхіміками. Земля, яка була в основі галунів, тобто оксид алюмінію, була вперше отримана в 1754 році Маргграфом, і пізніше отримала назву глинозем.

Гемфрі Деві в 1808 році визначив існування металу основи галунів, і назвав його алюміум, а пізніше алюмінум. Протягом 1808–1810 років він намагався електролітично виділити цей метал з глинозему, проте це йому не вдалось.

Вперше отримати металічний алюміній вдалося датському фізику Гансу Крістіану Ерстеду в 1825 році, термічним відновленням безводного хлориду алюмінію амальгамою калію.

Цей спосіб був вдосконалений Фрідріхом Велером, який замість амальгами застосував чистий калій в 1827 році. Веллеру також належить перший приблизно точний опис властивостей металу.

У 1854 році Анрі Сент-Клер Девіль вдосконалив метод Веллера й налагодив промислове виробництво алюмінію. Девіль в процесі отримання алюмінію замінив калій дешевшим натрієм, а також хлорид алюмінію сумішшю AlCl3 з NaCl, за рахунок чого компоненти суміші знаходились в розплавленому стані. Досліди на заводі Жавеля завершились успішно і 18 липня 1855 року були отримані перші злитки металу масою 6-8 кг, які були показані на Всесвітній виставці в Парижі.[3] В той час алюміній був настільки дорогим, що на виставці він був виставлений поряд з скарбами з державної казни, а імператор Наполеон III використовував посуд з алюмінію на державних прийомах.

У 1865 році російський вчений Микола Бекетов застосував реакцію взаємодії між кріолітом і магнієм для отримання алюмінію. Його спосіб мало чим відрізнявся від способа Девілля, але був простішим. В німецькому місті Гмелінгемі в 1885 році був збудований завод, який працював за методом Бекетова, де за п'ять років було отримано 58 т алюмінію — більше 1/4 всього світового виробництва алюмінію протягом 1854–1890 років[4].

Добування алюмінію хімічним способом не могло забезпечити промисловість дешевим металом, тому дослідникам довелось шукати інших способів виробництва алюмінію.

Ще в 1854 році Бунзену вдалось отримати алюміній електролітичним шляхом, а саме електролізом подвійного хлориду натрію і алюмінію.

В 1886 році Пауль Еру в Франції і Чарльз Гол в США майже одночасно, незалежно один від одного запропонували добувати алюміній електролізом глинозему, розплавленного в кріоліті, чим започаткували сучасний спосіб добування алюмінію. Світове виробництво алюмінію швидко росло і в 1893 році перевищило 1 тис. тон в рік. Подальші зміни цін на нього показано в таблиці.

Ціни на металевий алюміній
(в доларах за кг)
1852 1854 1855 1856 1857 1858 1886 1888
1200 600 250 75 60 25 17 11,5
1890 1895 1900 1950 1965 1980 1989
5,0 1,15 0,73 0,40 0,54 1,53 1,94

У Росії перші 8 кг алюмінію були отримані 27 березня 1929 р. у Ленінграді на заводі «Червоний виборець». У 1932 р. вступив до ладу перший у СРСР Волховський алюмінієвий завод, а на наступний рік — Дніпровський у Запорожжі (перший алюмінієвий завод в Україні)[5].

Поширення в природі[ред.ред. код]

Детальніше у статтях Ресурси і запаси алюмінію та Алюмінієві руди

Алюміній за розповсюдженням у земній корі займає третє місце. Його вміст в літосфері згідно з А. П. Виноградовим 8,05%. Глобальні запаси алюмінію на Землі (в межах ноосфери) становлять 1,2·109 т (2000 р.), термін їх вичерпання за прогнозами Римського клубу — 55 років.

В природі зустрічається винятково у вигляді сполук, входить до складу 270 мінералів. Найбільш розповсюдженими з них є подвійні силікати (польові шпати, слюди та ін.) і продукти їх вивітрювання — глини. З подвійних силікатів найважливіші: калієвий польовий шпат або ортоклаз K[AlSi3O8], натрієвий польовий шпат або альбіт Na[AlSi3O8], кальцієвий польовий шпат або анортит Ca[Al2Si2O8], плагіоклаз (ізоморфні суміші кальцієвого і натрієвого польового шпату: олігоклаз, андезин, лабрадорит); слюди: біотит, мусковіт, цінвальдит і лепідоліт. Близькі до польових шпатів нефелін Na[AlSiO4] і лейцит K[AlSi2O6]. Відомі подвійні силікати кальцію і алюмінію — цоїзит, епідот і везувіан, подвійний силікат магнію і алюмінію — кордієрит. Силікат алюмінію Al2SiO5 зустрічається у вигляді мінералів: кіаніту, силіманіту і андалузиту. З алюмосилікатів, що містять флуор можна відмітити топаз Al2(OH, F)2[SiO4].

Оксид алюмінію зустрічається у вигляді корунду і наждаку. Найважливіше джерело добування алюмінію — боксит — складається з мінералів беміту і діаспору AlOOH і гідраргіліту (гібситу) Al(OH)3 (найбільші родовища в Австралії, Бразилії, Гвінеї, Ямайці). Важливим мінералом алюмінію є також кріоліт Na3AlF6.

Ізотопи[ред.ред. код]

Докладніше у статті Ізотопи алюмінію
Деякі ізотопи алюмінію
Ізотоп Період напіврозпаду Частинки,
що поглинаються
Тип розпаду Енергія випромінювання,
еВ
Деякі р-ії
утворення
23Al 0,13 с  —  —  — -
24Al 2,07 с Нейтрон β+
γ
~8,5
1,38-7,1
Mg24 (p, n)
25Al 7,5 с Нейтрон β+ 3,2 Mg25 (p, n)
26mAl 7,0 с Нейтрон β+ 3,2 Mg25 (d, n)
26Al 106 років Нейтрон захоплення ел.
β
γ
-
1,16
1,83, 1,14
Mg25 (d, n)
Mg26 (p, n)
Al27 (n, 2n)
27Al стабільний  —  —  — -
28Al 144 с 2 протони
1 протон
β-
γ
2,86
1,78, 1,27
Al27 (n, γ)
Al27 (n, γ)
29Al 396 с Протон
Протон
β-
γ
2,5, 1,4
1,28, 2,43
Al (α, 2p)
Mg(α, p)

Фізичні властивості[ред.ред. код]

Алюміній — сріблясто-білий легкий метал, добрий провідник тепла і електрики, пластичний, легко піддається механічній обробці.

Кристалічна структура і атомний радіус

Алюміній має кубічну гранецентровану кристалічну ґратку (просторова група Fm3m). Найближча відстань між двома атомами становить 2,863Å. Прийнятий період кристалічної ґратки алюмінію a = 4,0414 Å при кімнатній температурі[6]. Кристалічна ґратка стабільна при температурах від 4К і до температури плавлення 933К. Параметр ґратки дуже слабо змінюється від наявності домішок.

Атомний радіус алюмінію визначений як половина між найближчими атомами-сусідами в кристалічній структурі і рівний 1,43Å. В кристалічній структурі алюмінію металічний зв'язок.

Густина

Теоретична густина алюмінію обрахована за параметрами його кристалічної гратки становить 2,69872 г/см³. Експериментальні дані густини для полікристалічного алюмінію 99,996% чистоти становлять 2,6989 (при 20 °C) г/см³, а для монокристалів — на 0,34% вище.

Так, густина розплавленого алюмінію чистотою 99,996% на 6,6% менше, ніж у твердого металу, і при температурі 973 К становить 2357 кг/м³ і майже лінійно знижується до 2304 кг/м³ при температурі 1173 К.

Термічне розширення

Коефіцієнт термічного розширення α відпаленого алюмінію чистотою 99,99% при температурі 293 К становить 23·10−6 і практично лінійно зростає до 37,3·10−6 К−1 при температурі 900 К.

Теплопровідність

Теплопровідність повністю відпаленого алюмінію в твердому стані знижується з ростом температури від 2,37 (298 К) до 2,08 Вт·см−1·К−1 (933,5 К) і при температурах вище 100 К вона малочутлива до чистоти металу.

При нагріванні алюмінію і переході його з твердого стану в рідкий у нього різко зменшується теплопровідність: з 2,08 до 0,907 Вт·см−1·К−1, а далі з ростом температури вона збільшується і при температурі 1000 °C становить вже 1,01 Вт·см−1·К−1.

Електропровідність

Питомий опір алюмінію високої чистоти (99,99%) при температурі 20 °C становить 2,6548·10−8. Провідність алюмінію сильно залежить від його чистоти, причому вплив різних домішок залежить не тільки від концентрації цієї домішки, а й від того чи вона знаходиться в твердому розчині чи поза ним. Найбільш сильно підвищують опір алюмінію домішки хрому, літію, мангану, магнію, титану і ванадію. Питомий опір ρ (мкОм·м) відпаленого алюмінієвого дротика в залежності від вмісту домішок (%) можна приблизно визначити за наступною формулою:

ρ = 0,0264 + 0,007Si + 0,0007Fe + 0,04(Ti + V + Cr +Mn)

При температурі 1,175 ± 0,001 К алюміній переходить в надпровідний стан.

Питомий опір алюмінію при переході з твердого стану в рідкий стрибком зростає з 11 до 24 МкОм·см.

Плавлення і кристалізація

Температура плавлення алюмінію дуже чутлива до чистоти металу і для високочистого алюмінію (99,996%) становить 933,4 К (660,3 °C), а температура початку кристалізації алюмінію за Шкалою температур Кельвіна (1968 р.) вважається рівною 660,37 °C і використовується протягом десятків років для калібрування термопар. Підвищення зовнішнього тиску збільшує температуру плавлення алюмінію, і вона досягає 700 °C при тиску близько 100 МПа.

Температура кипіння алюмінію становить приблизно 2452 °C, прихована теплота плавлення чистого алюмінію — 397 Дж·г−1, а прихована теплота випаровування 9462Дж·г−1.

Питома теплоємність Ср алюмінію при 0 °C становить 0,90 Дж·г−1·К−1, зі збільшенням температури воні зростає і визначається рівнянням:

Ср = С0 + bT,

де С0 — теплоємість при температурі 0 °C; b = 2,96·10−3; T — температура, К.

Поверхневий натяг

Поверхневий натяг σ має максимальне значення при температурі плавлення і з ростом температури він знижується:

σ = 868 — 0,152(t — tп),

де σ — поверхневий натяг, Н/м; t — температура, °C; tп — температура плавлення алюмінію, °C.

В'язкість

В'язкість алюмінію при температурі плавлення становить 0,012 Па·с і збільшується при наявності навіть невеликого вмісту твердих включень, наприклад, оксиду алюмінію і нерозчинних домішок. З ростом температури в'язкість знижується. Легуючі добавки Ti, Fe, Cu збільшують, а Si і Mg знижують в'язкість сплаву.

Термодинамічні властивості

Основні термодинамічні властивості алюмінію в рідкому і твердому станах наведені в таблиці (температура в Кельвінах, теплоємність, ентропія і ентальпія в Дж·моль−1·К−1).

Термодинамічні характеристики алюмінію
Температура T Теплоємність Cp Ентропія S Ентальпія H-H298
0 0,000 0,000 -4,580
200 21,59 19,14 -2,290
400 25,64 35,68 2,550
600 28,12 46,53 7,920
800 30,64 54,96 13,790
1000 29,31 73,29 30,620
1200 29,31 78,64 36,480
1400 29,31 83,15 42,340

' Алюміній належить до головної підгрупи третьої групи періодичної системи елементів, його порядковий номер — 13. Електронна конфігурація алюмінію — 1s22s22p63s23p1. На зовнішньому енергетичному рівні знаходиться три валентних електрони, тому в хімічних сполуках алюміній зазвичай трьохвалентий. Менш характерні ступені окиснення +1 і +2, можливі тільки вище 800 °C в газовій фазі. Енергія іонізації алюмінію Al0 → Al+ → Al2+ → Al3+ відповідно дорівнює 5,984, 18,828, 28,44 еВ.

Спорідненість до електрона 0,5 еВ. Електронегативність за Полінгом 1,61, атомний радіус 0,143 нм, йонний радіус Al3+ (в дужках вказанні координаційні числа) 0,053 нм (4), 0,062 нм (5), 0,067 нм (6).

Алюміній — хімічно активний елемент. У електрохімічному ряді напруг він стоїть поруч з лужними і лужноземельними елементами. Його стандартний електродний потенціал рівний −1,67 В.

При звичайних умовах алюміній легко взаємодіє з киснем повітря і вкривається тонкою (2·10−5 см), але міцною оксидною плівкою Al2О3 (пасивація), яка захищає його від дальшого окислення, обумовлюючи цим високу корозійну стійкість, надає йому матового вигляду і сіруватого кольору. Однак при вмісті в алюмінію чи навколишньому середовищі ртуті, натрію, магнію, кальцію, силіцію, міді і деяких інших елементів міцність оксидної плівки і її захисні властивості різко знижуються.

При 25 °C алюміній реагує з хлором, бромом, йодом утворюючи відповідно хлорид алюмінію AlCl3, бромід алюмінію AlBr3, йодид алюмінію AlI3, при 600 °C — з фтором утворюючи фторид алюмінію AlF3.

Порошкоподібний алюміній при температурі вище 800 °C утворює з азотом нітрид алюмінію. При взаємодії атомарного водню з парами алюмінію при −196 °C утворюється гідрид (AlH)x (x=1, 2). Вище 200 °C алюміній реагує з сіркою даючи сульфід Al2S3. З фосфором при 500 °C утворює фосфід AlP. При взаємодії розплавленого алюмінію з бором утворюються бориди AlB2, AlB12. При 1200 °C алюміній реагує з вуглецем утворюючи карбід алюмінію Al4C3. В присутності розплавлених солей (кріоліт та ін.) ця реакція протікає при меншій температурі — 1000 °C

Вище 800 °C можуть утворюватись сполуки одновалентного алюмінію, наприклад

\mathrm{Al_2X_3 + 4\ Al \rightarrow 3\ Al_2X \;\;(X \in \{O, S, Se\})}

З рядом металів і неметалів алюміній утворює сплави, в яких містяться інтерметалічні сполуки — алюмініди, зазвичай досить тугоплавкі і володіють високою твердістю і жаростійкістю.

Завдяки утворенню оксидної плівки алюміній досить стійкий не тільки у відношенні повітря, а й води. З водою алюміній не взаємодіє навіть при нагріванні. Але коли оксидну плівку зруйнувати, алюміній енергійно взаємодіє з водою, витісняючи водень:

\mathrm{2\ Al + 6\ H_2O \rightarrow 2\ Al(OH)_3 + 3\ H_2\uparrow \;}

Алюміній має амфотерні властивості, він реагує з кислотами і лугами.

Він легко взаємодіє з розбавленими азотною і сульфатною кислотами:

\mathrm{2\ Al + 2\ HNO_3 \rightarrow Al_2O_3 + 2\ NO\uparrow + H_2O}
\mathrm{2\ Al + 3\ H_2SO_4 \rightarrow Al_2(SO_4)_3 + 3\ H_2\uparrow}

Дуже розбавлені, а також дуже міцні HNO3 і H2SO4 на алюміній майже не діють. У відношенні до ортофосфатної і оцтової кислот алюміній стійкий. Чистий метал також стійкий до хлоридної кислоти, але звичайний технічний в ній розчиняється.

У розчинах сильних лугів (NaOH, KOH) алюміній розчиняється з виділенням водню і утворенням алюмінатів:

\mathrm{2\ Al + 2\ NaOH + 6\ H_2O \rightarrow 2\ Na[Al(OH)_4] + 3\ H_2\uparrow}

Досить енергійно він роз'їдається також розчином NH4OH.

Механічні властивості[ред.ред. код]

Механічні властивості алюмінію в значній мірі залежать від кількості домішок в ньому, його попередньої механічної обробки і температури. З збільшенням вмісту домішок міцнісні властивості алюмінію зростають, а пластичність зменшується, причому ці властивості проявляються навіть при невеликій зміні чистоти алюмінію від 99,5 до 99,00%. При охолодженні нижче 120 К міцнісні властивості алюмінію на відміну від більшості металів зростають, а пластичні не змінюються.

Основні механічні властивості алюмінію характеризуються такими показниками:

  • модуль пружності (Юнга) E — відношення прикладеного зусилля до лінійної деформації в межах пружньої ділянки розтягу. Для алюмінію чистотою 99,25% при кімнатній температурі він дорівнює 710 МН/м², а для алюмінію чистотою 99,98% тільки 670 МН/м²;
  • стискуваність алюмінію характеризується зміною об'єму при високому тиску (V) до об'єму при нормальному тиску (V0). Данні V/V0 для алюмінію чистотою 99,999% наведені нижче:
Тиск, ·102 МПа Об'ємний стиск V/V0 Тиск, ·102 МПа Об'ємний стиск V/V0
5 0,9937 30 0,9650
10 0,9876 35 0,9597
15 0,9817 40 0,9546
20 0,9760 45 0,9497
25 0,9704
  • твердість за Брінелем для відпаленого алюмінію становить 170 МПа, для холоднокатаного — 270 МПа;
  • межа розтягу σр для відпаленого алюмінію становить 50 МПа, для холоднокатаного — 115 МПа;
  • границя міцності σм — напруження, відповідне найбільшому навантаженню перед руйнуванням, при кімнатній температурі для алюмінію чистотою 99,99% становить 4,5; 99,8% — 6,3; 99,7% — 6,7; 99,6% — 0,7 МН/м²;
  • відносне видовження характеризує пластичність алюмінію і при кімнатній температурі для відпаленого алюмінію чистотою 99,5% становить 45%, а при чистоті алюмінію 99,99% — 61%, збільшуючись при температурі 427 °C до 131%. Для холоднокатаного алюмінію відносне видовження становить 5,5% при кімнатній температурі.

Отримання[ред.ред. код]

Алюміній отримують електролізом розчину глинозему (техн. Al2O3) в розплавленому кріоліті Na3[AlF6] при 950–960 °C. Склад електроліту 75-90% за масою Na3[AlF6], 5-12% AlF3, 2-10% CaF2, 1-10% Al2O3, молярне відношення NaF/AlF3 = 2,20-2,85 .

Промисловий комплекс з отримання алюмінію включає виробництво глинозему з алюмінієвих руд, кріоліту та інших фторидів, вуглецевих анодних і футеровочних матеріалів і власне електролітичне отримання алюмінію.

Електроліз проводять в апаратах катодом в яких служить дно ванни, анодом — попередньо обпалені вугільні блоки або самообпалюючі електроди, поміщені в розплавлений електроліт. У розплаві відбуваються такі реакції:

Na3[AlF6] ↔ 3Na+ + 2F + AlF4
AlF4 ↔ F + AlF3
AlF3 ↔ F + AlF+2
AlF+2 ↔ F + AlF2+
AlF2+ ↔ F + Al3+
Al2O3 ↔ AlO+ + AlO2,      AlO2 ↔ Al3+ + 2O2−
AlO+ ↔ Al3+ + O2−,      Al3+ + 3e → Al
2O2− — 4e → O2

Розплавлений алюміній при температурі електролізу важчий, ніж електроліт, тому накопичується на дні ванни. На аноді виділяється O2, який взаємодіє з вуглецем анода, який вигорає, утворюючи СО та СО2.

Густина струму на аноді 0,7-0,9 А/см², на катоді — 0,4-0,5 А/см², для різних типів електролізерів сила струму становить 100–250 кА, робоча напруга 4,2-4,5 В.

Для отримання 1 т чорнового алюмінію витрачається 14500-17500 кВт·год електроенергії, 1925–1930 кг глинозему, 500–600 кг анодного матеріалу, 50-70 кг фтористих солей. Добова продуктивність однієї ванни середньої потужності — від 550 до 1200 кг алюмінію. Алюміній відбирають з електролізера один раз на 1-2 доби.

Алюміній високої чистоти (не більше 0,05% домішок) отримують електролітичним рафінуванням чорнового алюмінію, який містить до 1% домішок. В якості електроліту найчастіше використовують розплав Na3[AlF6], BaCl2 (до 60%) NaCl (до 4%). Для отримання алюмінію особливої чистоти (не більше 0,001% домішок) застосовують зонну плавку.

Алюміній розливають в злитки, які потім переробляють в листи, фольгу, профілі, дріт. Він добре зварюється, піддається куванню, штампуванню, прокатці, волочінню і пресуванню, а також обробляється методами порошкової металургії.

Застосування[ред.ред. код]

Завдяки таким властивостям, як мала густина, висока тепло- і електропровідність, висока пластичність і корозійна стійкість, достатньо високі міцністні властивості (особливо в сплавах) і багатьом іншим цінним якостям, алюміній отримав винятково широке розповсюдження в різноманітних галузях сучасної техніки і відіграє найважливішу роль серед кольорових металів. Його широкому розповсюдженню сприяє найнижча вартість серед всіх кольорових металів

Важливою особливістю застосування алюмінію в техніці є те, що він досить складно піддається пайці та лудінню. Хімічно стійка оксидна плівка, утворювана на його поверхні, важко видаляється за допомогою звичайних флюсів.[7] З огляду на це, починаючи з кінця 1930-х років, ведеться пошук нових методів пайки, спеціально призначених для алюмінію та його сплавів, одним з яких є ультразвукове паяння із застосуванням м'яких припоїв.[8][9]

Чистий алюміній застосовується у виробництві фольги, яка широко використовується для виробництва електролітичних конденсаторів і пакувальних матеріалів для харчових продуктів. Завдяки дешевизні і високій провідності, меншій густині алюміній майже повністю витіснив мідь з виробництва провідникової продукції (дроти, кабелі, шинопроводи та ін.) Також алюміній застосовують у виготовленні корпусів і охолоджувачів діодів, спеціальної хімічної апаратури.

Покриття з алюмінію наносять на стальні вироби для підвищення їх корозійної стійкості. Способи нанесення: розпилення (для захисту стальних виробів, що експлуатуються в приморських зонах, на хімічних підприємствах); занурення в розплав (для отримання алюмінованих стальних стрічок); плакіювання прокатуванням (біметалічні стрічки); вакуумне напилення (для алюмінування стрічок зі сталі, тканин, паперу і пластмас, інструментальних дзеркал); електрохімічний спосіб (для отримання матеріалів і виробів з захисно-декоративними властивостями).

Алюміній в електротехніці[ред.ред. код]

Одним з найважливіших споживачів алюмінію є електротехнічна промисловість.

Основна кількість провідникової продукції — голі, обмоткові і ізольовані проводи, кабелі в одно- і багатожилковому виконанні виробляють за двохстадійною технологією: спочатку на алюмінієвих заводах з рідкого сплаву отримують заготовку діаметром 9-10 мм, а потім на кабельних заводах волочінням її доводять до потрібного діаметру.

Електрична провідність відпаленого алюмінію чистотою 99,6% становить 62% провідності відпаленої міді, межа міцності рівна 0,84-2,04 МН/м² в залежності від ступеня відпалення. При потребі вищих міцністних характеристик використовують сплави з підвищеним вмістом легуючих елементів. Для високовольтних ліній електропередачі використовують алюмінієві проводи, зміцнені стальним дротом чи з стальним сердечником.

Шинопроводи виробляють з різноманітних алюмінієвих сплавів чи з алюмінію марки АЕ. Перерізи шин сягають великих розмірів — їх ширина і товщина рівні відповідно 800 і 450 мм, а їх вартість становить лиш третину від вартості еквівалентних мідних шин.

Алюміній у вигляді фольги товщиною 0,00635 мм використовують в сильнострумних статичних конденсаторах для покращення коефіцієнта потужності, а також для телефонних кабелів, радіаторів для охолодження великих напівпровідникових випрямиників та в багатьох інших виробах.

Алюміній в транспорті[ред.ред. код]

Використовується в автомобілебудуванні

Алюміній в пакуванні[ред.ред. код]

Алюмінієва фольга широко використовується для пакування:

Сплави алюмінію[ред.ред. код]

Докладніше у статті Алюмінієві сплави

Головне застосування алюмінію — виробництво сплавів на його основі. Алюміній — основа легких сплавів. Легуючі добавки (мідь, кремній, магній, цинк, манган) вводять в алюміній головним чином для підвищення його міцності. Широко розповсюджені дуралюміни, які містять мідь та магній, силуміни, в яких основними добавками є кремній, магналій (сплав алюмінію з 9,5-11,5% магнію). Головними перевагами всіх сплавів алюмінію є їх мала густина (2,5-2,8 г/см³), висока міцність (в перерахунку на одиницю ваги), задовільна стійкість проти атмосферної корозії, порівняно мала вартість та легкість отримання та обробки. Алюмінієві сплави використовують в ракетній техніці, в авіа-, авто-, судно- та приладобудуванні та в багатьох інших галузях промисловості. Раніше використовували для виробництва посуду. За частотою використання сплави алюмінію займають друге місце після сталі та чавуна.

Порошки алюмінію[ред.ред. код]

Велике практичне значення мають алюмінієві порошки і частинки. Розмір частинок становить від 0,015 до 17000 мкм, а розмір порошків — від 1 до 1000 мкм. Форма може бути сферичною, в вигляді тонких лусочок і частинок неправильної форми.

Порошки виробляються за різними технологіями і відрізняються розмірами і фізико-хімічними властивостями. Отримують порошки розпиленням в струмені повітря чи води, методом відцентрового лиття, гранулюванням через вібруюче сито з наступним охолодженням водою, розмолом в мельницях, охолодженням алюмінію з газової фази та ін.

Алюмінієві порошки використовуються в металургії в якості легуючих добавок, в алюмотермії (для термітного зварювання та відновлення сполук Cr, Mn, W, Ca). Порошки застосовуються в хімічній промисловості для синтезу алюмоорганічних сполук і в якості каталізатора, а також для отримання ряду сполук алюмінію.

Алюмінієві порошки застосовують як компонент вибухових речовин, піротехнічних сумішей і твердого ракетного палива. Внаслідок реакції окиснення алюмінію виділяється велика кількість енергії, тому летучі речовини, які входять до складу ВР чи палива нагріваються до високої температури.

Алюмінієва пудра і паста використовуються як пігменти лакофарбових матеріалів. Пудра також застосовується як газоутворювач в виробництві ячеїстих бетонів.

Також з алюмінієвих порошків виготовляють різноманітні деталі методами порошкової металургії. Це дозволяє знизити відходи металу до мінімуму, а також деталі зі спечених порошків мають унікальні характеристики і в ряді випадків заміняють такі метали як титан і високоміцні марки сталі.

Біологічна роль[ред.ред. код]

Алюміній входить до складу тканин тварин і рослин; в органах ссавців виявлено від 10−3 до 10−5% алюмінію (на сиру речовину). Алюміній накопичується в печінці, підшлунковій і щитовидній залозах. В рослинних продуктах вміст алюмінію коливається від 4 мг на 1 кг сухої речовини (картопля) до 46 мг (жовта ріпа), в продуктах тваринного походження — від 4 мг (мед) до 72 мг на 1 кг сухої речовини (яловичина). В денному раціоні людини вміст алюмінію досягає 35-40 мг. Відомі організми — концентратори алюмінію, наприклад плауни (Lycopodiaceae), які містять в золі до 5,3% алюмінію, молюски (Helix и Lithorina), в золі яких 0,2-0,8% Алюмінію.

Утворюючи нерозчинні сполуки з фосфатами, алюміній порушує живлення рослин (поглинання фосфатів коренями) і тварин (всмоктування фосфатів в кишечнику).

Посилання[ред.ред. код]

  1. Bassam Z. Shakhashiri. «Chemical of the Week: Aluminum». Science is Fun. Архів оригіналу за 2013-06-23. Процитовано 2009-07-21. 
  2. Ludwig Darmstaedter; René Du Bois-Reymond, D. Carl Schaefer (1908). Handbuch zur geschichte der naturwissenschaften und der technik: In chronologischer darstellung (нім.) (вид. 2). J. Springer. с. 43. 
  3. Сент-Клер-Девиль в энциклопедическом словаре Брокгауза и Ефрона
  4. Колодин Э. А.; Свердлин В. А., Свобода Р. В. (1980). Производство обожженных анодов алюминиевых электролизеров (рос.). Москва: Металлургия. с. 84. 
  5. Кравчук П. А. Рекорды природы. – Любешов: Эрудит, 1993, 216 с.: ил. ISBN 5-7707-2044-1
  6. George E. Totten, D. Scott Mackenzie (2003). Handbook of Aluminum: Physical metallurgy and processes (англ.). CRC Press. с. 38. ISBN 0824704940, 9780824704940 Перевірте значення |isbn= (довідка). 
  7. Хренов, К.К. (1952). Сварка, резка и пайка металлов [Зварювання, різання та пайка металів] (російською). Киев, Москва: МАШГИЗ. с. 334–336. 
  8. Клубович, Володимир Володимирович; Тявловський, Михайло Домінікович; Ланін, Володимир Леонідович (1985). Ультразвуковая пайка в радио- и приборостроении [Ультразвукове паяння в радіо- та приладобудуванні] (російською). Минск: Наука и техника. 
  9. Віноградов Н.В. (1970). Производство электрических машин [Виробництво електричних машин] (російською). Москва: Энергия. с. 244–246. 

Джерела[ред.ред. код]

  • Глосарій термінів з хімії // Й.Опейда, О.Швайка. Ін-т фізико-органічної хімії та вуглехімії ім.. Л. М. Литвиненка НАН України, Донецький національний університет — Донецьк: «Вебер», 2008. — 758 с. ISBN 978-966-335-206-0