Цей легкий метал з сріблясто-білим відтінком в сучасному житті зустрічається майже повсюдно. Фізичні та хімічні властивості алюмінію дозволяють широко використовувати його в промисловості. Найвідоміші родовища - в Африці, Південній Америці, в Карибському регіоні. У Росії місця видобутку бокситів є на Уралі. Світовими лідерами по виробництву алюмінію є Китай, РФ, Канада, США.
видобуток Al
У природі цей сріблястий метал в силу своєї високої хімічної активності зустрічається лише у вигляді сполук. Найбільш відомі геологічні породи, що містять алюміній, - це боксити, глиноземи, корунд, польові шпати. Промислове значення мають боксити і глиноземи, саме родовища цих руд дозволяють добувати алюміній в чистому вигляді.
властивості
Фізичні властивості алюмінію дозволяють легко витягати заготовки цього металу в дріт і прокатувати в тонкі листи. Цей метал не є міцним, для підвищення даного показника при виплавці його легують різними добавками: міддю, кремнієм, магнієм, марганцем, цинком. Для промислового призначення важливо ще одна фізична властивість речовини алюмінію - це його здатність швидко окислюватися на повітрі. Поверхня вироби з алюмінію в природних умовах зазвичай покрита тонкою оксидною плівкою, яка ефективно захищає метал і перешкоджає його корозії. При знищенні цієї плівки сріблястий метал швидко окислюється, при цьому його температура помітно підвищується.
Внутрішня будова алюмінію
Фізичні та хімічні властивості алюмінію багато в чому залежать від його внутрішньої будови. Кристалічна решітка цього елемента є різновидом гранецентрированного куба. Даний тип решітки притаманний багатьом металам, таким, як мідь, бром, срібло, золото, кобальт та інші. Висока теплопровідність і здатність проводити електрику зробили цей метал одним з найбільш затребуваних у світі. Решта фізичні властивості алюмінію, таблиця яких представлена нижче, розкривають повністю його властивості і показують сфери їх застосування.
легування алюмінію
Фізичні властивості міді і алюмінію такі, що при додаванні до алюмінієвого сплаву деякої кількості міді його кристалічна решітка викривляється, і міцність самого сплаву підвищується. На цій властивості Al засновано легування легких сплавів для підвищення їх міцності і стійкості до дії агресивного середовища.
Пояснення процесу зміцнення лежить в поведінці атомів міді в кристалічній решітці алюмінію. Частинки Cu прагнуть випасти з кристалічної решітки Al, групуються на її особливих ділянках. Там, де атоми міді утворюють скупчення, утворюється кристалічна решітка змішаного типу CuAl2 , в якій частинки сріблястого металу одночасно входять до складу і загальної кристалічної решітки алюмінію, і до складу решітки змішаного типу CuAl2. Сили внутрішніх зв`язків в спотвореній решітці набагато більше, ніж у звичайній. А значить, і міцність новоутвореного речовини набагато вище.
Хімічні властивості
Відомо взаємодія алюмінію з розведеними сірчаної і соляною кислотою. При нагріванні цей метал в них легко розчиняється. Холодна концентрована або сильно розбавлена азотна кислота розчиняє цей елемент. Водні розчини лугів активно впливають на речовину, в процесі реакції утворюючи алюмінати - солі, в складі яких є іониалюмінію. наприклад:
Al2O3 +3H2O + 2NaOH = 2Na [Al (OH)4]
Вийшло в результаті реакції з`єднання носить назву тетрагідроксоалюмінат натрію.
Тонка плівка на поверхні алюмінієвих виробів захищає цей метал не тільки від повітря, а й від води. Якщо цю тонку перепону прибрати, елемент стане бурхливо взаємодіяти з водою, виділяючи з неї водень.
2AL + 6H2O = 2 AL (OH)3+3Н2^
Утворене речовина називається гідроксидом алюмінію.
AL (OH)3 реагує з лугом, утворюючи кристали гідроксоалюмінат:
Al (OH)2+NaOH = 2Na [Al (OH)4]
Якщо це хімічне рівняння скласти з попереднім, одержимо формулу розчинення елемента в лужному розчині.
Al (OH)3+2NaOH + 6H2O = 2Na [Al (OH)4] + 3H2^
горіння алюмінію
Фізичні властивості алюмінію дозволяють йому вступати в реакцію з киснем. Якщо порошок цього металу або алюмінієву фольгу нагріти, то вона спалахує і горить білим сліпучим полум`ям. В кінці реакції утворюється оксид алюмінію Al2O3.
глинозем
Отриманий оксид алюмінію має геологічне назву глинозем. У природних умовах він зустрічається у вигляді корунду - твердих прозорих кристалів. Корунд відрізняється високою твердістю, в шкалі твердих речовин його показник становить 9. Сам корунд безбарвний, але різні домішки можуть пофарбувати його в червоний і синій колір, так виходять дорогоцінні камені, які в ювелірній справі називаються рубінами і сапфірами.
Фізичні властивості оксиду алюмінію дозволяють вирощувати ці дорогоцінні камені в штучних умовах. Технічні дорогоцінні камені використовуються не тільки для ювелірних прикрас, вони застосовуються в точному приладобудуванні, для виготовлення годин і іншого. Широко використовуються штучні кристали рубіна і в лазерних пристроях.
Дрібнозерниста різновид корунду з великою кількістю домішок, нанесена на спеціальну поверхню, відома всім як наждак. Фізичні властивості оксиду алюмінію пояснюють високі абразивні властивості корунду, а також його твердість і стійкість до тертя.
гідроксид алюмінію
Al2 (OH)3 є типовим амфотерним гідроксидом. У поєднанні з кислотою ця речовина утворює сіль, яка містить позитивно заряджені іони алюмінію, в лугах утворює алюмінати. Амфотерность речовини проявляється в тому, що він може вести себе і як кислота, і як луг. Це з`єднання може існувати і в желеподібному, і в твердому вигляді. У воді практично не розчиняється, але вступає в реакцію з більшістю активних кислот і лугів. Фізичні властивості гідроксиду алюмінію використовуються в медицині, це популярне і безпечний засіб зниження кислотності в організмі, його застосовують при гастритах, дуоденітах, виразках. У промисловості Al2 (OH)3 використовується в якості адсорбенту, він чудово очищає воду і тримає в облозі розчинені в ній шкідливі елементи.
Промислове використання
Алюміній був відкритий в 1825 році. Спочатку даний метал цінувався вище золота і срібла. Це пояснювалося складністю його вилучення з руди. Фізичні властивості алюмінію та його здатність швидко утворювати захисну плівку на своїй поверхні утрудняли дослідження цього елемента. Лише в кінці 19 століття був відкритий зручний спосіб плавки чистого елемента, придатний для використання в промислових масштабах.
Легкість і здатність чинити опір корозії - унікальні фізичні властивості алюмінію. Сплави цього сріблястого металу застосовуються в ракетній техніці, в авто-, судно-, авіа- і приладобудуванні, у виробництві столових приладів і посуду.
Як чистий метал Al використовується при виготовленні деталей для хімічної апаратури, електропроводів і конденсаторів. Фізичні властивості алюмінію такі, що його електропровідність не така висока, як у міді, але цей недолік компенсується легкістю розглянутого металу, що дозволяє робити дроти з алюмінію більш товстими. Так, при однаковій електропровідності алюмінієвий дріт важить в два рази менше мідного.
Не менш важливим є застосування Al в процесі алітірованія. Так називається реакція насичення поверхні чавунного або сталевого виробу алюмінієм з метою захисту основного металу від корозії при нагріванні.
В даний час звідані запаси алюмінієвих руд цілком можна порівняти з потребами людей в цьому сріблястому металі. Фізичні властивості алюмінію можуть піднести ще чимало сюрпризів його дослідникам, а сфери застосування цього металу набагато ширше, ніж можна уявити.