Алюминий — свойства, харакретистики, обзорная статья

Алюминий – это пластичный и лёгкий металл белого цвета, покрытый серебристой матовой оксидной плёнкой. В периодической системе Д. И. Менделеева этот химический элемент обозначается, как Al (Aluminium) и находится в главной подгруппе III группы, третьего периода, под атомным номером 13. Купить алюминий вы можете на нашем сайте.

История открытия

В 16 веке знаменитый Парацельс сделал первый шаг к добыче алюминия. Из квасцов он выделил «квасцовую землю», которая содержала оксид неизвестного тогда металла. В 18 веке к этому эксперименту вернулся немецкий химик Андреас Маргграф. Оксид алюминия он назвал «alumina», что на латинском языке означает «вяжущий». На тот момент металл не пользовался популярностью, так как не был найден в чистом виде.
Долгие годы выделить чистый алюминий пытались английские, датские и немецкие учёные. В 1855 году в Париже на Всемирной выставке металл алюминий произвёл фурор. Из него делали только предметы роскоши и ювелирные украшения, так как металл был достаточно дорогим. В конце 19 века появился более современный и дешёвый метод получения алюминия. В 1911 году в Дюрене выпустили первую партию дюралюминия, названного в честь города. В 1919 из этого материала был создан первый самолёт.

Физические свойства

Металл алюминий характеризуется высокой электропроводностью, теплопроводностью, стойкостью к коррозии и морозу, пластичностью. Он хорошо поддаётся штамповке, ковке, волочению, прокатке. Алюминий хорошо сваривается различными видами сварки. Важным свойством является малая плотность около 2,7 г/см³. Температура плавления составляет около 660°С.
Механические, физико-химические и технологические свойства алюминия зависят от наличия и количества примесей, которые ухудшают свойства чистого металла. Основные естественные примеси – это кремний, железо, цинк, титан и медь.

По степени очистки различают алюминий высокой и технической чистоты.  Практическое различие заключается в отличии коррозионной устойчивости к некоторым средам. Чем чище металл, тем он дороже. Технический алюминий используется для изготовления сплавов, проката и кабельно-проводниковой продукции. Металл высокой чистоты применяют в специальных целях.
По показателю электропроводности алюминий уступает только золоту, серебру и меди. А сочетание малой плотности и высокой электропроводности позволяет конкурировать в сфере кабельно-проводниковой продукции с медью. Длительный отжиг улучшает электропроводность, а нагартовка ухудшает.

Теплопроводность алюминия повышается с увеличением чистоты металла. Примеси марганца, магния и меди снижают это свойство. По показателю теплопроводности алюминий проигрывает только меди и серебру. Благодаря этому свойству металл применяется в теплообменниках и радиаторах охлаждения.
Алюминий обладает высокой удельной теплоёмкостью и теплотой плавления. Эти показатели значительно больше, чем у большинства металлов. Чем выше степень чистоты алюминия, тем больше он способен отражать свет от поверхности. Металл хорошо полируется и анодируется.

Алюминий имеет большое сродство к кислороду и покрывается на воздухе тонкой прочной плёнкой оксида алюминия. Эта плёнка защищает металл от последующего окисления и обеспечивает его хорошие антикоррозионные свойства. Алюминий обладает стойкостью к атмосферной коррозии, морской и пресной воде, практически не вступает во взаимодействия с органическими кислотами, концентрированной или разбавленной азотной кислотой.

Химические свойства

Алюминий — это достаточно активный амфотерный металл. При обычных условиях прочная оксидная плёнка определяет его стойкость. Если разрушить оксидную плёнку, алюминий выступает как активный металл-восстановитель. В мелкораздробленном состоянии и при высокой температуре металл взаимодействует с кислородом. При нагревании происходят реакции с серой, фосфором, азотом, углеродом, йодом. При обычных условиях металл взаимодействует с хлором и бромом. С водородом реакции не происходит. С металлами алюминий образует сплавы, содержащие интерметаллические соединения – алюминиды.

При условии очищения от оксидной пленки, происходит энергичное взаимодействие с водой. Легко протекают реакции с разбавленными кислотами. Реакции с концентрированной азотной и серной кислотой происходят при нагревании. Алюминий легко реагирует со щелочами. Практическое применение в металлургии нашло свойство восстанавливать металлы из оксидов и солей – реакции алюминотермии.

Получение

Алюминий находится на первом месте среди металлов и на третьем среди всех элементов по распространённости в земной коре. Приблизительно 8% массы земной коры составляет именно этот металл. Алюминий содержится в тканях животных и растений в качестве микроэлемента. В природе он встречается в связанном виде в форме горных пород, минералов.  Каменная оболочка земли, находящаяся в основе континентов, формируется именно алюмосиликатами и силикатами.

Алюмосиликаты – это минералы, образовавшиеся в результате вулканических процессов в соответствующих условиях высоких температур. При разрушении алюмосиликатов первичного происхождения (полевые шпаты) сформировались разнообразные вторичные породы с более высоким содержанием алюминия (алуниты, каолины, бокситы, нефелины). В состав вторичных пород алюминий входит в виде гидроокисей или гидросиликатов. Однако не каждая алюминийсодержащая порода может быть сырьём для глинозёма – продукта, из которого при помощи метода электролиза получают алюминий.

Наиболее часто алюминий получают из бокситов. Залежи этого минерала распространены в странах тропического и субтропического пояса. В России также применяются нефелиновые руды, месторождения которых располагаются в Кемеровской области и на Кольском полуострове. При добыче алюминия из нефелинов попутно также получают поташ, кальцинированную соду, цемент и удобрения.

В бокситах содержится 40-60% глинозёма. Также в составе имеются оксид железа, диоксид титана, кремнезём. Для выделения чистого глинозёма используют процесс Байера. В автоклаве руду нагревают с едким натром, охлаждают, отделяют от жидкости «красный шлам» (твёрдый осадок). После осаждают гидроокись алюминия из полученного раствора и прокаливают её для получения чистого глинозёма. Глинозём должен соответствовать высоким стандартам по чистоте и размеру частиц.

Из добытой и обогащённой руды извлекают глинозём (оксид алюминия). Затем методом электролиза глинозём превращают в алюминий. Заключительным этапом является восстановление процессом Холла-Эру. Процесс заключается в следующем: при электролизе раствора глинозёма в расплавленном криолите происходит выделение алюминия. Катодом служит дно электролизной ванны, а анодом – угольные бруски, находящиеся в криолите. Расплавленный алюминий осаждается под раствором криолита с 3-5% глинозёма. Температура процесса поднимается до 950°С, что намного превышает температуру плавления самого алюминия (660°С). Глубокую очистку алюминия проводят зонной плавкой или дистилляцией его через субфторид.

Применение

Алюминий применяется в металлургии в качестве основы для сплавов (дуралюмин, силумин) и легирующего элемента (сплавы на основе меди, железа, магния, никеля). Сплавы алюминия используются в быту, в архитектуре и строительстве, в судостроении и автомобилестроении, а также в космической и авиационной технике. Алюминий применяется при производстве взрывчатых веществ. Анодированный алюминий (покрытый окрашенными плёнками из оксида алюминия) применяют для изготовления бижутерии. Также металл используется в электротехнике.

Рассмотрим, как используют различные изделия из алюминия.

Алюминиевая лента представляет собой тонкую алюминиевую полосу толщиной 0,3-2 мм, шириной 50-1250 мм, которая поставляется в рулонах. Используется лента в пищевой, лёгкой, холодильной промышленности для изготовления охлаждающих элементов и радиаторов.

Круглая алюминиевая проволока применяется для изготовления кабелей и проводов для электротехнических целей, а прямоугольная для обмоточных проводов.

Алюминиевые трубы отличаются долговечностью и стойкостью в условиях сельских и городских промышленных районов. Применяются они в отделочных работах, дорожном строительстве, конструкции автомобилей, самолётов и судов, производстве радиаторов, трубопроводов и бензобаков, монтаже систем отопления, магистральных трубопроводов, газопроводов, водопроводов.

Алюминиевые втулки характеризуются простотой в обработке, монтаже и эксплуатации. Используются они для концевого соединения металлических тросов.

Алюминиевый круг — это сплошной профиль круглого сечения. Используется это изделие для изготовления различных конструкций.

Алюминиевый пруток применяется для изготовления гаек, болтов, валов, крепежных элементов и шпинделей.
Около 3 мг алюминия каждый день поступает в организм человека с продуктами питания. Больше всего металла в овсянке, горохе, пшенице, рисе. Учёными установлено, что он способствует процессам регенерации, стимулирует развитие и рост тканей, оказывает влияние на активность пищеварительных желёз и ферментов.

Алюминиевый лист

Алюминиевая плита

Алюминиевые чушки

Алюминиевые уголки

Алюминиевая проволока

При использовании алюминиевой посуды в быту необходимо помнить, что хранить и нагревать в ней можно исключительно нейтральные жидкости. Если же в такой посуде готовить, к примеру, кислые щи, то алюминий поступит в еду, и она будет иметь неприятный «металлический» привкус.

Алюминий входит в состав лекарственных препаратов, используемых при заболеваниях почек и желудочно-кишечного тракта.

Алюминий это металл или неметалл

Автор Марина Андреева На чтение 4 мин Просмотров 3.9к. Опубликовано 3 декабря, 2020

Алюминий это металл или неметалл

Один из самых распространенных в строительстве и технике металлов — алюминий. Он используется не только в чистом виде, но и в составе различных сплавов. В земной коре он тоже достаточно широко распространен, занимая почетное третье место, отставая только от кремния и кислорода. Если отдельно взвесить все компоненты, составляющие земную кору, то на алюминий придется 8% от общей массы.

Найти алюминий в периодической системе элементов можно в главной подгруппе III группы, или по новой классификации — в 13 группе. Кто знаком с основами построения таблицы, то безошибочно определит, что этот элемент — металл. В чистом виде найти алюминий не получится, он находится в виде соединений с другими элементами — полевой шпат, квасцы, бокситы, слюда, корунд. Даже в рубинах и сапфирах есть атомы алюминия.

Производится алюминий в промышленных масштабах из бокситов, сначала получают оксид алюминия, сильно нагревая сырье, затем подвергают расплав гидролизу. На катоде оседает металл, на аноде выделяется кислород в виде газа. Фильтрацией или другим способом чистый алюминий получить не удается.

Как устроен атом алюминия

В периодической системе алюминию присвоен 13 номер. В ядре элемента находится 13 нейтронов и 14 протонов. Электронная конфигурация элемента имеет вид  1s²2s²2p⁶3s²3p¹, а конфигурация электронного распределения — +13Al)₂)₈)₃. Три электрона из последней орбиты легко отделяются, что определяет высокий уровень окисления +3.

В естественном состоянии чистый алюминий существовать не может, поверхность слитка или изделия сразу же покрывается пленкой окислов, образующих герметичную оболочку. Это объясняет, почему алюминий не реагирует с водой и не поддается коррозии.

Физические и химические свойства алюминия

Если рассматривать физические свойства металла, то алюминий обладает небольшой массой, пластичен и хорошо проводит электричество. В нормальных условиях металл мгновенно покрывается защитной пленкой и не вступает в реакцию ни с водой, ни с кислотами. Это определяет популярность алюминиевой тары для транспортировки этих химических веществ. Кристаллическая структура определяет высокую пластичность металла.

Оксидная пленка снимается солями аммония, горячими щелочами и сплавами ртути, после чего металл вступает в реакцию со многими веществами, в частности с галогенами при комнатной температуре, а при нагревании — с фосфором, серой, азотом, углеродом. С водородом в реакцию металл не вступает. Степень окисления алюминия в соединениях всегда +3, в элементарном состоянии — 0.

Применение алюминия

Популярность металла во многом определена еще одним свойством, он не намагничивается. Это позволяет использовать его для изготовления корпусов различных машин, приборов, проводов. Отличная электропроводимость делает алюминий идеальным материалом для производства кабелей.

Алюминий плавиться при температуре 658 ⁰С, в расплаве легко вступает в реакцию с другими элементами, меняя свою структуру и свойства. Сплавы на основе алюминия обладают таким же небольшим весом, но значительно тверже, легче в обработке и долговечнее, чем чистый металл.

Одна из форм использования элемента в технике и быту — алюминиевая пудра. Это измельченный до мелкодисперсного состояния чистый алюминий, смешанный с 3 – 3,5 % жирных веществ. Частицы металла имеют чешуйчатую форму, при использовании пудры в качестве краски, они ложатся плоской стороной на поверхность, создают прочную антикоррозионную защиту и придают изделию декоративный вид.

Кроме чистого алюминия в порошке могут находиться железо, кремний, медь в количестве 0,01 – 0,5%. Это просто примеси, которые не вступают с алюминием в реакцию и не оказывают влияния на свойства пудры. Мелкодисперсный металл также используется при производстве взрывчатки, смесей для фейерверков, газообразующих компонентов легких бетонов.

Алюминаты

В природе часто встречаются соли ортоалюминиевой H₃ AlO₃ и металюминиевой кислот HAlO_2. Это различные вещества, в которых алюминий полностью потерял свои металлические свойства и приобрел новые. Так алюминат натрия NaAlO₂ используется в промышленности как протравочный реактив, другие соединения, как добавки для бетонов и растворов, ускоряющее отвердевание и повышающие пластичность. Металлические свойства алюминия в этих соединениях никак не проявляются. Степень окисления алюминия в метаалюминиевой кислоте и солях такой же, как и в оксидах +3.

В природе алюминаты находятся в виде минералов, не зная их химических формул сложно сказать, что в их составе находится один из самых распространенных металлов на Земле. Это минералы шпинель, ганит, герценит, хризоберилл. Сама по себе металюминиевая кислота неустойчива, а вот соли вполне самостоятельные твердые вещества с хорошо выраженными свойствами.

Является ли алюминий металлом или металлоидом?

Тампа Стил

Алюминий

Ага. Алюминий, безусловно, металл. Фактически, это самый распространенный металл в земной коре. Мало того, это второй по распространенности материал в земной коре после кремния. И, к счастью для вас, Tampa Steel and Supply предлагает огромный выбор качественного алюминия.

Однако, как и большинство металлов, алюминий никогда не встречается в природе в чистом виде. На самом деле это хорошая новость, потому что чистый алюминий настолько реактивен, что мы вряд ли сможем использовать его для чего-либо. Алюминий, с которым мы сталкиваемся в повседневной жизни, обычно представляет собой сплав металла, то есть он был объединен с другим элементом. Когда алюминий соединяется с кислородом, образуется оксид алюминия, который придает металлу коррозионно-стойкие свойства. Вот еще несколько интересных фактов об этом универсальном, широко используемом металлическом элементе.

Около 8,2 процента земной коры состоит из алюминия, и если учесть, насколько велика наша планета, это довольно много. Мы используем алюминий для изготовления всего, от банок из-под газировки до ракетных кораблей. Возможно, вы даже сейчас держите в руках алюминий, если читаете это со своего смартфона. Алюминий также является одним из наиболее часто используемых металлов в строительстве. Поскольку он очень легкий, но в то же время очень прочный, алюминий идеально подходит для строительства небоскребов.

Алюминий легко перерабатывается

Алюминий — один из самых легко перерабатываемых материалов. По данным Алюминиевой ассоциации, может пройти всего 60 дней, прежде чем алюминий, использованный в банке, вернется на полки продуктовых магазинов в виде новой банки. Это означает, что всего два месяца назад ваша банка диетической колы могла быть Mountain Dew!

По данным Агентства по охране окружающей среды, на переработку алюминия уходит около 5 процентов энергии, необходимой для извлечения новой алюминиевой руды из земной коры. Это много энергии, сэкономленной за счет вторичной переработки!

5 интересных фактов об алюминии

Как только вы подумали, что мир алюминия не может быть интереснее; Вот еще несколько интересных фактов о металле:

1. Тонкий слой алюминия наносится на стекло для изготовления зеркал.

Алюминий

2. используется для изготовления синтетических рубинов и сапфиров, используемых в лазерах.
3. Ежегодно выплавляется около 41 миллиона тонн алюминия.
4. Количество энергии, необходимой для производства одной единицы алюминия, уменьшилось на 70 процентов за последние 100 лет.
5. Вершина монумента Вашингтона увенчана 8,9-дюймовой алюминиевой пирамидой.

Tampa Steel & Supply предлагает качественный алюминий, который вам нужен!

Итак, как вы только что узнали, алюминий — это не только металл, но и довольно изящный. Если вы считаете, что этот чрезвычайно универсальный, прочный и пригодный для вторичной переработки металл подходит для вашего следующего строительного проекта, Tampa Steel and Supply поможет вам. Чтобы получить качественные алюминиевые изделия, а также различные другие металлы и аксессуары, позвоните нам сегодня!

Запросите предложение онлайн
или позвоните в Tampa Steel & Supply по телефону (813) 241-2801

Алюминий — (Al) — Химические свойства, воздействие на здоровье и окружающую среду

Название «алюминий» происходит от древнего названия квасцов (сульфат калия-алюминия), которое называлось «квасцы» (лат. означает «горькая соль»). Алюминий был первоначальным названием, данным элементу Хамфри Дэви, но другие называли его алюминием, и это название стало общепринятым в Европе. Однако в США предпочтительным названием был алюминий, и когда Американское химическое общество обсуждало этот вопрос в 1925, решил придерживаться алюминия.
Алюминий — мягкий и легкий металл. Он имеет тусклый серебристый вид из-за тонкого слоя окисления, который быстро образуется при контакте с воздухом. Алюминий нетоксичен (как металл), немагнитен и не искробезопасен.

Алюминий имеет только один встречающийся в природе изотоп, алюминий-27, который не является радиоактивным.

Области применения

Серебристый и пластичный представитель группы бедных металлов, алюминий встречается главным образом в виде боксита руды и отличается своей устойчивостью к окислению (на самом деле алюминий почти всегда уже окислен, но его можно использовать в этой форма в отличие от большинства металлов), его прочность и легкий вес. Алюминий используется во многих отраслях промышленности для производства миллионов различных продуктов и очень важен для мировой экономики. Конструкционные компоненты, изготовленные из алюминия, жизненно важны для аэрокосмической промышленности и очень важны в других областях транспорта и строительства, где необходимы легкий вес, долговечность и прочность.
Использование алюминия превышает использование любого другого металла, кроме железа. Чистый алюминий легко образует сплавы со многими элементами, такими как медь, цинк, магний, марганец и кремний.
Почти все современные зеркала изготавливаются с использованием тонкого отражающего покрытия из алюминия на задней поверхности листа флоат-стекла. Зеркала телескопа также покрыты тонким слоем алюминия.
Другими областями применения являются линии электропередачи и упаковка (банки, фольга и т. д.).
Из-за его высокой проводимости и относительно низкой цены по сравнению с медью алюминий в значительной степени был внедрен в бытовую электропроводку в США в 19 веке.60-е годы. К сожалению, проблемы с функционированием были вызваны его большим коэффициентом теплового расширения и тенденцией к ползучести при постоянном постоянном давлении, что в конечном итоге привело к ослаблению соединения; гальваническая коррозия, увеличивающая электрическое сопротивление.
Самая последняя разработка в области алюминиевой технологии — производство алюминиевой пены путем добавления в расплавленный металл соединения (металлического гибрида), которое выделяет газообразный водород. Перед этим расплавленный алюминий должен загустеть, что достигается добавлением волокон из оксида алюминия или карбида кремния. В результате получается твердая пена, которая используется в транспортных туннелях и в космических челноках.

Алюминий в окружающей среде

Алюминий является распространенным элементом в земной коре: считается, что его содержание составляет от 7,5% до 8,1%. Алюминий очень редко встречается в свободном виде. Алюминий вносит большой вклад в свойства почвы, где он присутствует в основном в виде нерастворимого гидроксида алюминия.
Алюминий является химически активным металлом, и его трудно извлечь из руды, оксида алюминия (Al ₂ O ₃ ). Алюминий является одним из самых трудных для очистки металлов на земле, причина в том, что алюминий очень быстро окисляется и что его оксид представляет собой чрезвычайно стабильное соединение, которое, в отличие от ржавчины на железе, не отслаивается. Сама причина, по которой алюминий используется во многих приложениях, заключается в том, почему его так сложно производить.
Несколько драгоценных камней сделаны из прозрачной кристаллической формы оксида алюминия, известной как корунд. Присутствие следов других металлов создает различные цвета: кобальт создает синие сапфиры, а хром — красные рубины. И то, и другое теперь легко и дешево производить искусственно. Топаз — это силикат алюминия, окрашенный в желтый цвет следами железа.
Восстановление этого металла из металлолома (через переработку) стало важным компонентом алюминиевой промышленности. Промышленное производство нового металла во всем мире составляет около 20 миллионов тонн в год, и такое же количество перерабатывается. Разведанные запасы руд составляют 6 млрд тонн.

Алюминий является одним из наиболее широко используемых металлов, а также одним из наиболее часто встречающихся соединений в земной коре. Из-за этих фактов алюминий широко известен как невинное соединение. Но все же, когда человек подвергается воздействию высоких концентраций, это может вызвать проблемы со здоровьем. Водорастворимая форма алюминия вызывает вредное воздействие, эти частицы называются ионами. Обычно они находятся в растворе алюминия в сочетании с другими ионами, например, в виде хлора алюминия.

Поглощение алюминия может происходить через пищу, через дыхание и при контакте с кожей. Длительное потребление значительных концентраций алюминия может привести к серьезным последствиям для здоровья, таким как:

— Поражение центральной нервной системы
— Деменция
— Потеря памяти
— Вялость
— Сильная дрожь

Алюминий представляет опасность в определенных рабочие среды, такие как шахты, где его можно найти в воде. У людей, работающих на заводах, где в производственных процессах применяется алюминий, могут возникнуть проблемы с легкими, когда они вдыхают алюминиевую пыль. Алюминий может вызвать проблемы у пациентов с почками, когда он попадает в организм во время почечного диализа.

Сообщалось, что вдыхание мелкодисперсного порошка алюминия и оксида алюминия вызывает легочный фиброз и повреждение легких. Этот эффект, известный как болезнь Шейвера, осложняется присутствием во вдыхаемом воздухе кремнезема и оксидов железа. Также может быть причастен к болезни Альцгеймера.

Воздействие алюминия привлекло наше внимание, в основном из-за проблем с окислением. Алюминий может накапливаться в растениях и вызывать проблемы со здоровьем у животных, потребляющих эти растения.

Наиболее высокие концентрации алюминия наблюдаются в подкисленных озерах. В этих озерах численность рыб и земноводных снижается за счет реакций ионов алюминия с белками в жабрах рыб и зародышах лягушек.
Высокие концентрации алюминия оказывают воздействие не только на рыбу, но и на птиц и других животных, потребляющих зараженную рыбу и насекомых, а также на животных, которые вдыхают алюминий через воздух. Последствия для птиц, потребляющих зараженную рыбу, заключаются в истончении яичной скорлупы и низкой массе тела при рождении. Последствиями для животных, которые вдыхают алюминий через воздух, могут быть проблемы с легкими, потеря веса и снижение активности.