Алюминий это легкий металл

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 27 Al со следами 26 Al, 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:

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:

  Со сложными веществами:

  • с водой (после удаления защитной оксидной пленки, например, амальгамированием или растворами горячей щёлочи): 2Al + 6H₂O = 2Al(OH)₃ + 3H_2­
  • со щелочами (с образованием тетрагидроксоалюминатов и других алюминатов): 2Al + 2NaOH + 6H₂O = 2Na[Al(OH)₄] + 3H_2­ 2(NaOH•H₂O) + 2Al = 2NaAlO₂ + 3H₂
  • Легко растворяется в соляной и разбавленной серной кислотах: 2Al + 6HCl = 2AlCl₃ + 3H_2­ 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_2­ + 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.

  Периодическая система химических элементов Менделеева

  Классификация хим. элементов, устанавливающая зависимость различных свойств элементов от заряда атомного ядра. Система является графическим выражением периодического закона/

  Периодическая система элементов

  IA

  IIA

  IIIB

  IVB

  VB

  VIB

  VIIB

  —-

  VIIIB

  —-

  IB

  IIB

  IIIA

  IVA

  VA

  VIA

  VIIA

  VIIIA

  Период

  1

  1 H Водород

  2 He Гелий

  2

  3 Li Литий

  4 Be Бериллий

  5 B Бор

  6 C Углерод

  7 N Азот

  8 O Кислород

  9 F Фтор

  10 Ne Неон

  3

  11 Na Натрий

  12 Mg Магний

  13 Al Алюминий

  14 Si Кремний

  15 P Фосфор

  16 S Сера

  17 Cl Хлор

  18 Ar Аргон

  4

  19 K Калий

  20 Ca Кальций

  21 Sc Скандий

  22 Ti Титан

  23 V Ванадий

  24 Cr Хром

  25 Mn Марганец

  26 Fe Железо

  27 Co Кобальт

  28 Ni Никель

  29 Cu Медь

  30 Zn Цинк

  31 Ga Галлий

  32 Ge Германий

  33 As Мышьяк

  34 Se Селен

  35 Br Бром

  36 Kr Криптон

  5

  37 Rb Рубидий

  38 Sr Стронций

  39 Y Иттрий

  40 Zr Цирконий

  41 Nb Ниобий

  42 Mo Молибден

  (43) Tc Технеций

  44 Ru Рутений

  45 Rh Родий

  46 Pd Палладий

  47 Ag Серебро

  48 Cd Кадмий

  49 In Индий

  50 Sn Олово

  51 Sb Сурьма

  52 Te Теллур

  53 I Иод

  54 Xe Ксенон

  6

  55 Cs Цезий

  56 Ba Барий

  *

  72 Hf Гафний

  73 Ta Тантал

  74 W Вольфрам

  75 Re Рений

  76 Os Осмий

  77 Ir Иридий

  78 Pt Платина

  79 Au Золото

  80 Hg Ртуть

  81 Tl Таллий

  82 Pb Свинец

  83 Bi Висмут

  (84) Po Полоний

  (85) At Астат

  86 Rn Радон

  7

  87 Fr Франций

  88 Ra Радий

  **

  (104) Rf Резерфордий

  (105) Db Дубний

  (106) Sg Сиборгий

  (107) Bh Борий

  (108) Hs Хассий

  (109) Mt Мейтнерий

  (110) Ds Дармштадтий

  (111) Rg Рентгений

  (112) Cp Коперниций

  (113) Uut Унунтрий

  (114) Uuq Унунквадий

  (115) Uup Унунпентий

  (116) Uuh Унунгексий

  (117) Uus Унунсептий

  (118) Uuo Унуноктий

  8

  (119) Uue Унуненний

  (120) Ubn Унбинилий

  Лантаноиды *

  57 La Лантан

  58 Ce Церий

  59 Pr Празеодим

  60 Nd Неодим

  (61) Pm Прометий

  62 Sm Самарий

  63 Eu Европий

  64 Gd Гадолиний

  65 Tb Тербий

  66 Dy Диспрозий

  67 Ho Гольмй

  68 Er Эрбий

  69 Tm Тулий

  70 Yb Иттербий

  71 Lu Лютеций

  Актиноиды **

  89 Ac Актиний

  90 Th Торий

  91 Pa Протактиний

  92 U Уран

  (93) Np Нептуний

  (94) Pu Плутоний

  (95) Am Америций

  (96) Cm Кюрий

  (97) Bk Берклий

  (98) Cf Калифорний

  (99) Es Эйнштейний

  (100) Fm Фермий

  (101) Md Менделевий

  (102) No Нобелей

  (103) Lr Лоуренсий

  Химические семейства элементов периодической таблицы

  Щелочные металлы	Щёлочноземельные металлы	Лантаноиды	Актиноиды	Переходные металлы
  Лёгкие металлы	Полуметаллы	Неметаллы	Галогены	Инертные газы

  198095, г.Санкт-Петербург, ул.Швецова, д.23, лит.Б, пом.7-Н, схема проезда

  Алюминий

  

  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.

  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.

  ТОП-20 самых легких металлов

  

  К легким причисляют металлы, плотность которых колеблется в диапазоне 5-7,5 граммов на кубический сантиметр. Еще один определяющий показатель — атомный вес. Легкие металлы задействованы в фармацевтической, энергетической, автомобильной, авиакосмической и других отраслях промышленности, в металлургии, строительной сфере и медицине. Они составляют 20 % от массы земной коры. ТОП-20 самых легких металлов во вселенной собраны в нашем перечне.

  Литий

  Это самый легкий металл из существующих в мире. Он выделяется серебристо-белым окрасом, предельно низким атомным весом и плотностью, которая в два раза меньше, нежели у воды. Пластичный литий имеет тридцать минералов, два изотопа природного происхождения. Температура плавления щелочного металла составляет +180,5 градуса Цельсия.

  Литий — уникальный элемент, который всплывает на поверхности керосина. Он редко эксплуатируется в чистом виде, поскольку очень активен, легко вступает в реакции с окружающей средой. Это токсичный металл, поэтому в быту не применяется, но подходит для создания пиротехники, используется в роли окислителя, в пищевой промышленности, электронике, при производстве аккумуляторов, смартфонов, электромобилей. Литий в сорок раз меньше весит, чем иридий и осмий. Он был открыт в 1817 году шведским ученым — выделен из природного петалита.

  

  Калий

  Вторую строчку в ТОПе занимает калий. Это мягкий щелочной металл. В природе он обнаруживается исключительно в химических соединениях — в морской воде. Калий реактивно окисляется при попадании на воздух. Его открыли в 1807 году — выделили путем электролиза. К свойствам его относятся:

  • температура плавления +63,6 градуса;
  • температура кипения +773 градуса;
  • высокая химическая активность — калий является сильнейшим восстановителем.

  В жидком виде металл применяется для производства теплоносителей. Важнейший биогенный элемент используется при изготовлении удобрений, в гальванотехнике.

  

  Натрий

  Это высоко-реактивный металл с бело-серебристым окрасом (относится к категории щелочных). Мягкий натрий без труда режется ножом, блестит на срезе. В природе он содержится в морской воде. На воздухе он легко окисляется до оксида натрия. Этот легкий металл плавится при +97 градусах Цельсия, а кипит — при +882 градусах. Натрий впервые был добыт путем электролиза химиком Хэмфри Дэви в Великобритании.

  Этот металл активно эксплуатируется в металлургии, при изготовлении энергоемких аккумуляторов, в создании ядерных реакторов и при анализе органических веществ, в газоразрядных лампах.

  

  Рубидий

  Один из самых легких щелочных металлов, с плотностью выше чем у воды. Рубидий имеет серый цвет с белым отливом. Его смогли выделить немецкие химики в 1861 году методом пламенной спектроскопии. Этот металл вступает в химическую реакцию с водой, самовоспламеняется на воздухе, плавится при +39,3 градусах Цельсия.

  Рубидий — моноизотопный, радиоактивный элемент. Он занимает 23 ступень по уровню распространенности в земной коре, встречается чаще меди и цинка. Этот металл используется при изготовлении пиротехнической продукции, в ядерной медицине и промышленности. Его эксплуатация важна при производстве паровых турбин, топливных генераторов.

  

  Кальций

  Это щелочноземельный металл, легко взаимодействующий с углекислым газом и кислородом. Кальций имеет серую тусклую поверхность со светло-желтым оттенком. Получают его путем электролиза или алюминотермии. Природный калий состоит из трех изотопов. По степени распространенности элементов в земной коре он занимает пятое место. Металлический кальций плавится при +884 градусах Цельсия. Он активно применяется при выплавке стали из-за сходства по свойствам с кислородом. Кальций используется в металлургии, для выделения азота из чистого аргона, при производстве циркония и урана.

  

  Магний

  Этот металл с малой атомной массой был получен в 1808 году. Он характеризуется пластичностью, без труда поддается резке, обработке. Магний плавится при +650 градусах, не боится коррозии.

  В составе минералов и солей металл обнаруживается в земной коре, морской воде. Залежи природного магния находятся в Таджикистане и Восточной Сибири. Он используется в автомобиле- и самолетостроении, при производстве пиротехники, поскольку обладает высокими горючими свойствами. Магний применяется и при создании вооружения. В порошкообразной форме он применяется в фотографическом мастерстве.

  

  Бериллий

  Сероватый цвет, высокая хрупкость и токсичность характеризуют еще один легкий металл. В чистом виде он был получен в 1828 году. Название металл получил от известного минерала — берилла. В природе он встречается в магме, горных породах. Бериллий добывают в Индии, Бурятии, Казахстане.

  Этот металл применяется в виде добавок при легировании сплавов. Он почти не поглощает рентгеновское излучение, поэтому применяется при создании детекторов гамма-излучения. Используется бериллий в аэрокосмической промышленности, в акустике, задействован в ядерной энергетике.

  

  Цезий

  Один из самых мягких и легких металлов с температурой плавления всего +28,6 градуса Цельсия. При комнатной температуре он находится в полужидком состоянии. Он представляет собой вещество золотистого цвета, отлично отражает свет. Этот металл открыли в 1860 году в Германии, но в чистом виде его получил уже шведский химик и только через 22 года.

  Цезий используется как катализатор в органическом и неорганическом синтезе, в инфракрасных аппаратах и очках, при изготовлении светящихся трубок. Он применяется в энергетике и медицинской сфере. Кстати, на основе цезия создают твердые электролиты для автомобильного топлива.

  

  Стронций

  Это высокоактивный химический элемент, который легко соединяется с воздухом, при нагревании быстро воспламеняется. Металлический стронций — мягкий, ковкий, имеет белый оттенок с отливом. Щелочноземельный элемент не встречается в свободном виде, но входит в состав 40 минералов. Плавится он при температуре +768 градусов Цельсия. Элемент обнаружили в шотландском руднике в восемнадцатом веке, но в чистом виде его удалось получить в 1808 году.

  Месторождения стронциевых руд разрабатываются в Тульской области и в Дагестане. Стронций эксплуатируется в металлургии, пищевой и радиоэлектронной промышленности.

  

  Алюминий

  Один из самых распространенных металлов, который был открыт в 1825 году. До запуска масштабного производства алюминий ценился выше золота. Он обладает незначительными парамагнитными свойствами, проводит электрический ток и тепло. Алюминий подвергается механическому воздействию, но не коррозийному. Сплавы на его основе могут похвастаться пластичностью. Этот металл занимает третье место по степени распространенности в земной коре, плавится при +660 градусах.

  Алюминий находит применение в черной металлургии, при производстве пиротехники, посуды, столовых приборов, в авиационной промышленности.

  

  Барий

  Это щелочноземельный металл, который быстро окисляется на воздухе, реагирует с водой, воспламеняется даже при слабом нагревании. Он активно взаимодействует с разбавленными кислотами. К другим свойствам бария относятся:

  • температура плавления +728 градусов Цельсия;
  • температура кипения +1636 градусов;
  • ковкость;
  • вязкость;
  • хрупкость (раскалывается при резком ударе).

  Серебристо-белый металл применяется в ядерно-энергетической отрасли, пиротехнике, оптике. В чистом виде барий получили в 1774-ом.

  

  Титан

  Металл насыщенного серебристого окраса был открыт в конце восемнадцатого века немецким химиком — выделен из минерала рутила. Образец металлического титана получили лишь в 1825 году. Он характеризуется высокой удельной прочностью и устойчивостью к коррозии. По концентрации титановых руд Россия находится на второй позиции в мире после Китая. К свойствам металла относятся:

  • пластичность;
  • хорошая ударная вязкость;
  • температура плавления, которая составляет +1670 градусов Цельсия.

  Титан используется в авиа-, кораблестроении, при производстве трубопроводов, в химической, автомобильной промышленности, при создании вооружения.

  

  Германий

  Хрупкий металл стального цвета с четко выраженным блеском. Это твердосплавный элемент, который плавится при +938 градусах Цельсия, кипит при +2850 градусах, является полупроводником. Германий был выделен в 1886 году немецким химиком Клеменсом Винклером. Это аномальное вещество, плотность которого увеличивается при плавлении.

  Главные сферы применения германия — волоконная и тепловизорная оптика, электроника, химическая промышленность (в качестве катализаторов).

  

  Галлий

  Это мягкий, хрупкий металл стального цвета с синеватым оттенком. Он выделен в 1875 году французским химиком. Галлий плавится при +29,7 градусах Цельсия. Это один из наиболее дорогих металлов, свыше 97 % которого уходит на производство полупроводников. Галлий активно используется в медицине — в онкологии, в качестве антисептика.

  

  Теллур

  Хрупкий белый металл с блеском, применяется при производстве свинцовых сплавов. На просвет он выглядит красно-коричневым. Редкое, слегка токсичное вещество было обнаружено в Трансильвании в конце восемнадцатого века. Но выделить его в чистом виде удалось только через 17 лет. При нагревании металл становится пластичным. Он плавится при +448,8 градусах Цельсия.

  Теллур широко применяется при создании полупроводников, в процессе вулканизации каучука. Металл используют при изготовлении ламп, специальных марок халькогенидных стекол.

  

  Ванадий

  Это пластичный металл средней твердости сине-стального цвета. Ванадий — хороший полупроводник. Он обладает высокими показателями теплоизоляции, отличается:

  • податливостью;
  • прочностью (тверже большинства сплавов).

  Это редкий тугоплавкий элемент, который был открыт в 1801 году мексиканским профессором минералогии. Но сам ученый назвал его хроматом свинца. В чистом виде из железной руды ванадий был получен только в 1830 году шведским химиком. Этот металл плавится при +1887 градусах Цельсия. Он применяется как легирующая добавка для сталей, для изготовления электроники, сувенирной продукции, в металлургии, автомобильной промышленности, при производстве буровых установок.

  

  Цирконий

  Этот металл обладает высокой коррозийной стойкостью. Он встречается в природе в виде четырех стабильных изотопов. Серо-белый блестящий переходный металл отличается химической стойкостью. Он плавится при +1852 градусах Цельсия. Температура плавления составляет 4377 градусов. Цирконий встречается в 140 минералах, но не в самородном виде.

  Металл был открыт в 1789 году, а в чистом виде — получен по истечении 35 лет после этого. Цирконий широко используется в авиационной, космической промышленности и медицине.

  

  Цинк

  Это металл, который становится пластичным при 150 градусах Цельсия, а при 210 градусах — может деформироваться. Температура плавления — низкая. Она составляет 418 градусов. Металл характеризуется:

  • высокой электропроводностью;
  • химической активностью — сплавляется с щелочами, подвергается воздействию серной кислоты.

  Цинк имеет голубовато-серый окрас. Он тускнеет на воздухе и покрывается слоем оксида, имеет пять стабильных изотопов. Этот металл был получен в 1746 году в Германии путем прокалки смеси оксида с углем. Цинк применяется при производстве ювелирных украшений (сплавы добавляются в золото), в автомобилестроении, для защиты металлов от коррозии, при изготовлении аккумуляторов и батареек.

  

  Хром

  Тугоплавкий, твердый металл с характерным блеском, имеет голубовато-белый окрас. Он царапает стекло, в чистом виде характеризуется пластичностью, отлично поддается механической обработке. При наличии азотно-кислородных примесей становится хрупким. Температура плавления — 1856 градусов Цельсия. Хром — составляющий компонент стали, который повышает ее прочность, закаливаемость, жаростойкость. Он был открыт во Франции в 1797 году. Химик Воклен выделил тугоплавкий металл с примесью карбидов. Используется хром в легированных сталях, в качестве эстетических гальванических покрытий. Он относится к токсичным элементам.

  

  Марганец

  Этот серебристо-серый металл напоминает железо. Он обладает незначительными парамагнитными свойствами, медленно окисляется и тускнеет на воздухе. Это твердый и хрупкий металл, который был открыт в 1774 году. Марганец имеет температурные показатели плавления и кипения 1246 и 2061 градус Цельсия соответственно.

  Марганец используется для раскисления стали при ее выплавке, в металлургии и химической промышленности. Металл является остродефицитным сырьем в России. Известно лишь несколько месторождений (в Кемеровской области, Красноярском крае).

  Источник http://himsnab-spb.ru/article/ps/al/

  Источник https://cu-prum.ru/alyuminij1.html

  Источник https://hardhub.ru/articles/vopros-otvet/top-20-samykh-legkikh-metallov/

  Читать статью  АЛЮМИНИЙ — дороги, которые он выбирает