физические свойства, получение, применение, история :: ТОЧМЕХ

Физические свойства алюминия

Алюминий — мягкий, легкий, серебристо-белый металл с высокой тепло- и электропроводностью. Температура плавления 660°C.

По распространенности в земной коре алюминий занимает 3-е место после кислорода и кремния среди всех атомов и 1-е место — среди металлов.

К достоинствам алюминия и его сплавов следует отнести его малую плотность (2,7 г/см3), сравнительно высокие прочностные характеристики, хорошую тепло- и электропроводность, технологичность, высокую коррозионную стойкость. Совокупность этих свойств позволяет отнести алюминий к числу важнейших технических материалов.

Алюминий и его сплавы делятся по способу получения на деформируемые, подвергаемые обработке давлением и литейные, используемые в виде фасонного литья; по применению термической обработки — на термически не упрочняемые и термически упрочняемые, а также по системам легирования.

Получение

Впервые алюминий был получен Гансом Эрстедом в 1825 году. Современный метод получения разработали независимо друг от друга американец Чарльз Холл и француз Поль 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.

Применение

Алюминий широко применяется как конструкционный материал. Основные достоинства алюминия в этом качестве — легкость, податливость штамповке, коррозионная стойкость (на воздухе алюминий мгновенно покрывается прочной пленкой 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 называется дюралюминий).

Электропроводность алюминия сравнима с медью, при этом алюминий дешевле. Поэтому он широко применяется в электротехнике для изготовления проводов, их экранирования и даже в микроэлектронике при изготовлении проводников в чипах. Правда, у алюминия как электротехнического материала есть неприятное свойство — из-за прочной оксидной пленки его тяжело паять.

Благодаря комплексу свойств широко распространен в тепловом оборудовании.

Внедрение алюминиевых сплавов в строительстве уменьшает металлоемкость, повышает долговечность и надежность конструкций при эксплуатации их в экстремальных условиях (низкая температура, землетрясение и т.п.).

Алюминий находит широкое применение в различных видах транспорта. На современном этапе развития авиации алюминиевые сплавы являются основными конструкционными материалами в самолетостроении. Алюминий и сплавы на его основе находят все более широкое применение в судостроении. Из алюминиевых сплавов изготовляют корпусы судов, палубные надстройки, коммуникацию и различного рода судовое оборудование.

Идут исследования по разработке пенистого алюминия как особо прочного и легкого материала.

Драгоценный алюминий

В настоящее время алюминий является одним из самых популярных и нашедших широкое применение металлов. С самого момента открытия в середине XIX века его считали одним из ценнейших благодаря удивительным качествам: белый как серебро, легкий по весу и не подверженный воздействию окружающей среды. Стоимость его была выше цен на золото. Не удивительно, что в первую очередь алюминий нашел свое применение в создании ювелирных изделий и дорогих декоративных элементов.

В 1855 г. на Универсальной выставке в Париже алюминий был самой главной достопримечательностью. Изделия из алюминия располагались в витрине, соседствующей с бриллиантами французской короны. Постепенно зародилась определенная мода на алюминий. Его считали благородным малоизученным металлом, используемым исключительно для создания произведений искусства.

Наиболее часто алюминий использовали ювелиры. При помощи особой обработки поверхности ювелиры добивались наиболее светлого цвета металла, из-за чего его часто приравнивали к серебру. Но в сравнении с серебром, алюминий обладал более мягким блеском, чем обуславливалась еще большая любовь к нему ювелиров.

Так как химические и физические свойства алюминия сначала были слабо изучены, ювелиры сами изобретали новые техники его обработки. Алюминий технически легко обрабатывать, этот мягкий металл позволяет создавать отпечатки любых узоров, наносить рисунки и создавать желаемой формы изделия. Алюминий покрывался золотом, полировался и доводился до матовых оттенков.

Но со временем алюминий стал падать цене. Если в 1854-1856 годах стоимость одного килограмма алюминия составляла 3 тысячи старых франков, то в середине 1860-х годов за килограмм этого металла давали уже около ста старых франков. Впоследствии из-за низкой стоимости алюминий вышел из моды.

В настоящее время самые первые алюминиевые изделия представляют большую редкость. Большинство из них не пережило обесценивания металла и было заменено серебром, золотом и другими драгоценными металлами и сплавами. В последнее время вновь наблюдается повышенный интерес к алюминию у специалистов. Этот металл стал темой отдельной выставки , организованной в 2000 году Музеем Карнеги в Питсбурге. Во Франции расположен Институт истории алюминия, который в частности занимается исследованием первых ювелирных изделий из этого металла.

В Советском союзе из алюминия делали общепитовские приборы, чайники и т.д. И не только. Первый советский спутник был выполнен из алюминиевого сплава. Другой потребитель алюминия — электротехническая промышленность: из него делаются провода высоковольтных линий передач, обмотки моторов и трансформаторов, кабели, цоколи ламп, конденсаторы и многие другие изделия. Кроме того, порошок алюминия применяют во взрывчатых веществах и твердом топливе для ракет, используя его свойство быстро воспламеняться: если бы алюминий не покрывался тончайшей оксидной пленкой, то мог бы вспыхивать на воздухе.

Последнее изобретение — пеноалюминий, т.н. «металлический поролон», которому предсказывают большое будущее.

• Полный каталог статей

Характеристика химического элемента по положению в Переодической системе:

Алюминий
был открыт в 1825 году датским физиком
Х.К. Эрстедом.

1. Ребята,
   опишите местоположение
   данного металла в Переодической системе
   Менделеева:

Обучаемые:
Алюминий
– элемент третьего периода и IIIА
подгруппы, порядковый номер 13.

2. Учитель:
   Давайте
   разберемся со строением атома:

Заряд
ядра атома: +13.

Количество
протонов и электронов в неионизированном
атоме всегда одинаково и равно порядковому
номеру в периодической таблице Менделеева,
для алюминия Al
— 13, а теперь найдем значение атомной
массы (26,98) и округлим его, получим 27.
Скорее всего, что его наиболее
распространенный изотоп будет иметь
массу равную 27. Следовательно, в ядре
этого изотопа будет находиться 14
нейтронов (27–13=14). Количество нейтронов
в неионизированном атоме Al
= 14., т.о. p13n14e13

Электронную
формула атома алюминия:

₁₃Аl
1S²2S²2P⁶3S²3P¹

графическая
формула:

1s²
2s²
2p⁶

3s²
3p¹

Учитель:
Из
приведенной вами формулы мы видим, что
атом алюминия имеет одни промежуточный
8-и электронный слой, который препятствует
притяжению внешних электронов к ядру.
Поэтому, у атома алюминия восстановительные
свойства выражены гораздо сильнее, чем
у атома бора. Почти во всех своих
соединениях Аl
имеет степень окисления +3.

3. Метал
   или неметалл: Является
   М (Металлическая связь, металлическая
   решетка со свободно перемещающимися
   электронами).

4. Высшая
   положительная степень окисления: +3
   – в соединениях, 0 – в простом веществе.

5. Формула
   высшего оксида:
   Аl₂O₃
   бесцветные нерастворимые в воде
   кристаллы. Химические свойства —
   амфотерный оксид. Практически не
   растворим в кислотах. Растворяется
   в горячих растворах и расплавах щелочей.

Al₂O₃+6HCl→2AlCl₃+3H₂O

Al₂O₃+2KOH(температура)→2KAlO_{2(алюминат
калия)}+H₂О

6. Формула
   высшего гидроксида:
   Al(OH)₃
   – амфотерный гидроксид (проявление
   основных и кислотных свойств).

Упрощенное
Al(OH)₃+3KOH=KAlO₂+3H₂O

Реальный
процесс отражается таким уравнением:
Al(OH)₃+KOH=K[Al(OН)₄]

Al(OH)₃+3HCl=AlCl₃+3H₂O

7. Валентность
   по водороду:
   отсутствует

8. Формула
   летучего водородного соединения:
   отсутствует

9. Сравнение
   Al
   с соседними по периоду, подгруппе,
   группе, радиусу, электроотрицательности,
   энергии ионизации.

B
Радиус атома(увел.)

Al
Энергия ионизации (уменьш.)

Ga
Электроотрицательность (уменьш.)

М
свойства (увел.)

Mg
Al
Si

Радиус
атома(увел.)

Энергия
ионизации (уменьш.)

Электроотрицательность
(уменьш.)

М
свойства (увел.)

Тип
урока:
комбинированный

Задачи:

Образовательные:

1.
Показать зависимость физических свойств
алюминия от наличия в нем металлической
связи и особенностей кристаллического
строения.

2.
Сформировать у учащихся знания о том,
что алюминию в свободном состоянии
присущи особые, характерные физические
и химические свойства.

Развивающие:

1.
Возбудить интерес к изучению науки
путем предоставления кратких исторических
и научных сообщений о прошлом, настоящем
и будущем алюминия.

2.
Продолжить формирование исследовательских
навыков учащихся при работе с литературой,
выполнением лабораторной работы.

3.
Расширить понятие амфотерности раскрытием
электронного строения алюминия,
химических свойств его соединений.

Воспитательные:

1.
Воспитывать бережное отношение к
окружающей среде, предоставляя сведения
о возможном использовании алюминия
вчера, сегодня, завтра.

2.
Формировать умения работать коллективом
у каждого учащегося, считаться с мнением
всей группы и отстаивать свое корректно,
выполняя лабораторную работу.

3.
Знакомить учащихся с научной этикой,
честностью и порядочностью
естествоиспытателей прошлого, предоставляя
сведения о борьбе за право быть
первооткрывателем алюминия.

1. Характеристика
   простого вещества:

Алюминий
является металлом, таким образом,
(металлическая
связь; металлическая решетка, в узлах
которой расположены свободно перемещающиеся
общие электроны).

Характеристики, области применения и свойства алюминия

Алюминий

Искать Другие материалы

< Назад

Вы находитесь здесь:

Дата создания 27 февраля 2019 г.

Последнее обновление 19 ноября 2021 г.

Производство диэлектриков

Характеристики алюминия

Этот металл широко используется для компонентов в аэрокосмической, транспортной и строительной отраслях.

• Некоррозионный
• Легко обрабатывается и отливается
• Легкий, но прочный
• Немагнитный и искробезопасный
• Хороший проводник тепла и электричества

Применения для алюминия

• Корпуса электронных устройств
• Линии электропередач
• Радиаторы для транзисторов и процессоров

Свяжитесь со специалистом по производству диэлектриков, чтобы обсудить использование алюминия для ваших компонентов. 93 Механический Предел текучести 3e7 — 5e8 Па 4,35 — 72,5 тыс.фунтов/кв.дюйм Прочность на растяжение 5,8e7 — 5e8 Па 8,41 — 79,8 тыс.фунтов/кв.дюйм Удлинение 0,01 — 0,44 % деформации % деформации

96 фунтов на кв. дюйм Термический Максимальная рабочая температура 120–210 °C 248–410 °F Температура плавления 475 — 677 °C 887 — 1,25e3 °F Изолятор или проводник Хороший Проводник Хороший дирижер Удельная теплоемкость 857 — 990 Дж/кг °C 0,205 — 0,236 БТЕ/фунт. °F Коэффициент теплового расширения 2.1e-5 — 2.4e-5 деформация/°C 11,7 — 13,3 мкстр/°F Электрика Изолятор или проводник Хороший проводник °C Хороший проводник °F Удельное электрическое сопротивление 2,5e-8 — 6,5e-8 °C 2,5 — 6,5 °F Эко След CO2 1,85–2,04 кг/кг 11,2–13,1 фунт/фунт Перерабатываемый Да Да

Dielectric Manufacturing, Ричфилд, Висконсин, США dielectricmfg. com

Свойства алюминиевого материала, предоставленные компанией Dielectric Manufacturing, Richfield, Wisconsin

Каковы основные свойства алюминия?

Если вы когда-нибудь задумывались, какие свойства алюминия делают его таким популярным и универсальным металлом, вы не одиноки. Существует множество характеристик, которые делают алюминий и алюминиевые сплавы одним из самых важных материалов в мире, используемых во многих отраслях промышленности. Это включает в себя бытовую, архитектурную, авиационную и автомобильную промышленность, и это лишь некоторые из них.

Изучение физических, химических и механических свойств материала составляет основу материаловедения. Это позволяет прогнозировать поведение в определенных условиях и в условиях стресса. Такие показатели эффективности помогают архитекторам, производителям и дизайнерам выбирать правильный материал для конкретного применения.

Загрузить технические характеристики алюминия

Kloeckner Metals — поставщик полного ассортимента алюминия и сервисный центр. Загрузите нашу спецификацию алюминия, чтобы проверить, что Kloeckner Metals регулярно поставляет на склад.

Спецификация алюминия

Многие выдающиеся свойства алюминия и алюминиевых сплавов обеспечивают широкий спектр применения. Например, из всех металлов алюминиевые сплавы легче всего поддаются формовке и обработке. Механические свойства алюминия делают это так. Какие еще качества определяют предпочтение алюминиевых изделий и материалов?

Основные свойства всех металлов

Большинство элементов периодической таблицы Менделеева составляют металлы. Они представляют собой класс элементов, отличающихся следующими свойствами: пластичностью, ковкостью, твердостью, электропроводностью, способностью образовывать сплавы и внешним видом.

Эти свойства могут быть сгруппированы как физические, химические или механические, и они могут быть расширены более подробно при рассмотрении конкретных составов сплавов и других факторов, таких как температура. Приведенные ниже диаграммы относятся к чистому алюминию.

Свойства материалов алюминия и алюминиевых сплавов

Алюминий представляет собой металлоподобный элемент, обладающий как металлическими, так и неметаллическими свойствами, относящийся к семейству бора и углерода. Хотя алюминий является одним из самых распространенных элементов на Земле, он должен быть получен из бокситовой руды и пройти производственный процесс, прежде чем он станет коммерчески чистым и жизнеспособным алюминием.

Затем алюминий классифицируется в соответствии с легирующими элементами в пронумерованном 4-значном ряду от 1xxx до 8xxx.

Обычно добавляются такие элементы, как медь, магний, марганец, кремний и цинк. При этом существуют сотни составов сплавов.

Эти особые составы сплавов влияют на внешний вид и технологичность. Добавление элементов улучшает прочность, обрабатываемость, коррозионную стойкость, электропроводность и плотность по сравнению с чистым алюминием.

Физические свойства

Физические свойства алюминия относятся к наблюдаемой форме и структуре до каких-либо химических изменений.

Алюминий

Алюминий

.

Физические свойства алюминия
Цвет и состояние	Твердый, немагнитный, неблестящий, серебристо-белый с легким голубоватым оттенком.
Структура	Алюминий имеет гранецентрированную кубическую структуру, стабильную до точки плавления.
Поверхность	Алюминиевые поверхности могут сильно отражать свет.
Твердость	Коммерчески чистый алюминий мягкий. Он упрочняется при легировании и отпуске.
Пластичность	Высокая пластичность. Алюминий можно бить очень тонко.
Пластичность	Высокая пластичность. Алюминий очень хорошо поддается формованию или изгибу.
Тепловое расширение	имеет коэффициент теплового расширения 23,2. Это что-то среднее между цинком, который расширяется больше, и сталью, которая расширяется вдвое меньше, чем алюминий.
Проводимость	Хороший электрический и тепловой проводник.
Коррозия	устойчив к коррозии благодаря самозащитному оксидному слою.
Плотность	Алюминий имеет низкую плотность, измеренную под действием силы тяжести по сравнению с водой, 2,70. Сравните это с плотностью железа/стали, которая имеет плотность 7,87
Точка плавления и точка кипения	Коммерчески чистый алюминий имеет температуру плавления приблизительно 1220°F и температуру кипения приблизительно 4478°F. Они меняются после легирования алюминия.

Выводы по физическим свойствам алюминия

Физические свойства алюминия помогают понять его применение. Глядя на приведенную выше диаграмму, мы видим, что алюминий демонстрирует хорошее сочетание прочности, коррозионной стойкости и пластичности. Это помогает объяснить, как алюминий может существовать в форме фольги и банок для напитков, а также труб и ирригационных трубок.

Полированный алюминий имеет хорошую отражательную способность в широком диапазоне длин волн, что обуславливает его выбор для различных декоративных и функциональных целей, включая бытовую технику и лазеры.

Поскольку алюминий не является ферромагнитным, он подходит для электротехнической и электронной промышленности. Теплопроводность алюминиевых сплавов выгодна в теплообменниках, испарителях, электронагревательных приборах и посуде, а также в автомобильных ободах, головках цилиндров и радиаторах.

Его гранецентрированная кубическая структура обеспечивает превосходную формуемость. Алюминий также нетоксичен и часто используется в емкостях для пищевых продуктов и напитков. По данным Алюминиевой ассоциации, это также один из самых простых в переработке конструкционных материалов.

Химические свойства

Характеристика или поведение вещества при химическом изменении или реакции. Другими словами, атомы вещества должны быть разрушены, чтобы можно было наблюдать химические свойства. Наблюдения за этим разрушением на атомном уровне происходят во время реакции, а также после нее.

Химические свойства алюминия
Возникновение	Алюминий встречается в виде соединения, в основном содержащегося в бокситовой руде.
Окисление	Алюминий соединяется с кислородом с образованием оксида алюминия при воздействии влажного воздуха.
Пирофор	Когда алюминий находится в порошкообразной форме, он легко загорается при контакте с пламенем.
Способность образовывать сплавы	Существуют сотни композиций алюминиевых сплавов. К легированным элементам относятся: железо, медь, марганец, кремний, магний и цинк.
Реакционная способность с водой	Алюминий быстро реагирует с горячей водой.
Реакционная способность со щелочами	Реагирует с гидроксидом натрия.
Реакционная способность с кислотой	Алюминий реагирует с горячими кислотами.

Основные сведения о химических свойствах алюминия

В некотором смысле химические свойства алюминия необычны по сравнению с другими металлами. Например, металлы редко реагируют как с основаниями, так и с кислотами. Это становится важным фактором, когда алюминий используется в качестве контейнера для жидкостей. Вы должны быть уверены, что алюминий не растворится. Вот почему банки для напитков имеют тонкий внутренний слой для предотвращения коррозии.

Еще один необычный факт об алюминии заключается в том, что помимо порошкообразной формы алюминий не является пирофорным. Это означает, что в порошкообразном состоянии алюминий легко воспламеняется и считается опасным, особенно во время обработки, когда часто встречаются мелкие частицы пыли.

То, что алюминий так легко соединяется с кислородом, напрямую влияет на методы сварки. Твердый оксидный слой, образующийся на поверхности алюминия, плавится при температуре, втрое превышающей температуру алюминия под ним. Поэтому перед сваркой требуется глубокая преднамеренная очистка поверхности, обычно с помощью ацетона, а переменный ток требуется на протяжении всего процесса сварки.

Механические свойства

Механические свойства отмечают взаимосвязь материала между напряжением и деформацией и измеряют степень эластичности в ответ на приложенную нагрузку.

Алюминий

Выводы по механическим свойствам алюминия

Механические свойства существенно влияют на рабочие характеристики. Это особенно верно, если учесть, как различаются механические свойства алюминиевых сплавов.

Например, тенденция к удлинению для всех серий алюминиевых сплавов высока для сплавов более низких серий и низка для сплавов более высоких серий. Другими словами, при сравнении алюминиевых сплавов серии 1ххх со сплавами серии 7ххх сплавы серии 1ххх будут иметь значительно более высокую пластичность.

Это работает обратно пропорционально прочности на растяжение, твердости и чувствительности к удару, которые будут ниже среди сплавов более низких серий. Таким образом, в том же сравнении сплавы серии 1ххх продемонстрируют гораздо более низкую прочность на растяжение, твердость и чувствительность к удару, чем их аналоги серии 7ххх.

Повышенные температуры также разрушают алюминий даже до того, как он достигнет точки плавления. В результате большинство алюминиевых сплавов обычно не рекомендуется использовать в течение длительного времени при более высоких температурах. Однако некоторые сплавы были специально разработаны для обеспечения высокой термостойкости, например, серия 2xxx алюминий-медь.