Che sostanza è l'alluminio? Utilizzo dell'alluminio: ambiti di applicazione del metallo puro e delle sue leghe. Come agente riducente

I metalli sono uno dei materiali più convenienti da lavorare. Hanno anche i propri leader. Ad esempio, le proprietà fondamentali dell'alluminio sono note all'uomo da molto tempo. Sono così adatti all'uso quotidiano che questo metallo è diventato molto popolare. Cosa sono sia una sostanza semplice che un atomo, considereremo in questo articolo.

Storia della scoperta dell'alluminio

L'uomo conosce da tempo la composizione del metallo in questione: veniva utilizzato come mezzo per rigonfiare e legare insieme i componenti della miscela, ciò era necessario anche nella fabbricazione di prodotti in pelle; L'esistenza dell'ossido di alluminio nella sua forma pura divenne nota nel XVIII secolo, nella sua seconda metà. Tuttavia, non è stato ricevuto.

Lo scienziato H. K. Ørsted fu il primo a isolare il metallo dal suo cloruro. Fu lui a trattare il sale con amalgama di potassio e a isolare dalla miscela la polvere grigia, che era alluminio allo stato puro.

Poi è diventato chiaro che le proprietà chimiche dell'alluminio si manifestano nella sua elevata attività e nella forte capacità riducente. Pertanto, nessun altro ha lavorato con lui per molto tempo.

Tuttavia, nel 1854, il francese Deville riuscì a ottenere lingotti metallici mediante elettrolisi della massa fusa. Questo metodo è ancora attuale oggi. Soprattutto la produzione di massa di materiale prezioso è iniziata nel 20 ° secolo, quando sono stati risolti i problemi di generazione di grandi quantità di elettricità nelle imprese.

Oggi questo metallo è uno dei più popolari e utilizzati nell'edilizia e nell'industria domestica.

Caratteristiche generali dell'atomo di alluminio

Se caratterizziamo l'elemento in questione in base alla sua posizione nella tavola periodica, si possono distinguere diversi punti.

1. Numero di serie - 13.
2. Situato nel terzo piccolo periodo, terzo gruppo, sottogruppo principale.
3. Massa atomica - 26,98.
4. Il numero di elettroni di valenza è 3.
5. La configurazione dello strato esterno è espressa dalla formula 3s 2 3p 1.
6. Il nome dell'elemento è alluminio.
7. fortemente espresso.
8. Non ha isotopi in natura; esiste solo in una forma, con un numero di massa pari a 27.
9. Il simbolo chimico è AL, nelle formule si legge “alluminio”.
10. Lo stato di ossidazione è uno, pari a +3.

Le proprietà chimiche dell'alluminio sono pienamente confermate dalla struttura elettronica del suo atomo, poiché avendo un ampio raggio atomico e una bassa affinità elettronica, è in grado di agire come un forte agente riducente, come tutti i metalli attivi.

L'alluminio come sostanza semplice: proprietà fisiche

Se parliamo dell'alluminio come una sostanza semplice, allora è un metallo lucido bianco-argenteo. All'aria si ossida rapidamente e si ricopre di una densa pellicola di ossido. La stessa cosa accade se esposto ad acidi concentrati.

La presenza di tale caratteristica rende i prodotti realizzati con questo metallo resistenti alla corrosione, il che, naturalmente, è molto conveniente per le persone. Ecco perché l'alluminio è così ampiamente utilizzato nella costruzione. Sono interessanti anche perché questo metallo è molto leggero, ma allo stesso tempo resistente e morbido. La combinazione di tali caratteristiche non è disponibile per ogni sostanza.

Esistono diverse proprietà fisiche di base caratteristiche dell'alluminio.

1. Elevato grado di malleabilità e duttilità. Da questo metallo viene prodotta una lamina leggera, resistente e molto sottile, che viene anche arrotolata in filo.
2. Punto di fusione - 660 0 C.
3. Punto di ebollizione - 2450 0 C.
4. Densità: 2,7 g/cm3.
5. Il reticolo cristallino è volumetrico a facce centrate, metallico.
6. Tipo di connessione: metallo.

Le proprietà fisiche e chimiche dell'alluminio determinano i campi della sua applicazione e utilizzo. Se parliamo di aspetti quotidiani, le caratteristiche di cui abbiamo già parlato in precedenza giocano un ruolo importante. Essendo un metallo leggero, resistente e anticorrosivo, l'alluminio viene utilizzato nella costruzione di aerei e navi. Pertanto, queste proprietà sono molto importanti da conoscere.

Proprietà chimiche dell'alluminio

Da un punto di vista chimico, il metallo in questione è un forte agente riducente in grado di esibire un'elevata attività chimica pur essendo una sostanza pura. La cosa principale è rimuovere la pellicola di ossido. In questo caso, l'attività aumenta notevolmente.

Le proprietà chimiche dell'alluminio come sostanza semplice sono determinate dalla sua capacità di reagire con:

• acidi;
• alcali;
• alogeni;
• zolfo.

Non interagisce con l'acqua in condizioni normali. In questo caso, degli alogeni, senza riscaldamento, reagisce solo con lo iodio. Altre reazioni richiedono la temperatura.

Si possono fornire esempi per illustrare le proprietà chimiche dell'alluminio. Equazioni delle reazioni di interazione con:

• acidi- AL + HCL = AlCL3 + H2;
• alcali- 2Al + 6H2O + 2NaOH = Na + 3H2;
• alogeni- AL + Hal = ALHal 3 ;
• grigio-2AL + 3S = AL2S3.

In generale, la proprietà più importante della sostanza in questione è la sua elevata capacità di ripristinare altri elementi dai loro composti.

Capacità rigenerativa

Le proprietà riducenti dell'alluminio sono chiaramente visibili nelle reazioni di interazione con ossidi di altri metalli. Li estrae facilmente dalla composizione della sostanza e consente loro di esistere in una forma semplice. Ad esempio: Cr 2 O 3 + AL = AL 2 O 3 + Cr.

Nella metallurgia esiste un intero metodo per produrre sostanze basato su reazioni simili. Si chiama alluminotermia. Pertanto nell'industria chimica questo elemento viene utilizzato specificatamente per la produzione di altri metalli.

Distribuzione in natura

In termini di prevalenza tra gli altri elementi metallici, l'alluminio è al primo posto. È contenuto nella crosta terrestre per l'8,8%. Se lo confrontiamo con i non metalli, il suo posto sarà il terzo, dopo l'ossigeno e il silicio.

A causa della sua elevata attività chimica, non si trova in forma pura, ma solo come parte di vari composti. Ad esempio, sono noti molti minerali, minerali e rocce che contengono alluminio. Viene però estratto solo dalla bauxite, il cui contenuto in natura non è molto elevato.

Le sostanze più comuni contenenti il ​​metallo in questione:

• feldspati;
• bauxite;
• graniti;
• silice;
• alluminosilicati;
• basalti e altri.

In piccole quantità, l'alluminio si trova necessariamente nelle cellule degli organismi viventi. Alcune specie di muschi e abitanti marini sono in grado di accumulare questo elemento all'interno dei loro corpi per tutta la vita.

Ricevuta

Le proprietà fisiche e chimiche dell'alluminio consentono di ottenerlo solo in un modo: mediante elettrolisi di una fusione dell'ossido corrispondente. Tuttavia, questo processo è tecnologicamente complesso. Il punto di fusione di AL 2 O 3 supera 2000 0 C. Per questo motivo non può essere sottoposto direttamente all'elettrolisi. Procedere pertanto come segue.

La resa del prodotto è del 99,7%. Tuttavia è possibile ottenere un metallo ancora più puro, che viene utilizzato per scopi tecnici.

Applicazione

Le proprietà meccaniche dell'alluminio non sono così buone da poter essere utilizzato nella sua forma pura. Pertanto, vengono spesso utilizzate leghe basate su questa sostanza. Ce ne sono molti, puoi citare quelli più basilari.

1. Duralluminio.
2. Alluminio-manganese.
3. Alluminio-magnesio.
4. Alluminio-rame.
5. Silumini.
6. Aviale.

La loro principale differenza sono, naturalmente, gli additivi di terze parti. Tutti sono basati sull'alluminio. Altri metalli rendono il materiale più durevole, resistente alla corrosione, resistente all'usura e facile da lavorare.

Esistono diversi ambiti principali di applicazione dell'alluminio, sia nella sua forma pura che sotto forma di suoi composti (leghe).

Insieme al ferro e alle sue leghe, l'alluminio è il metallo più importante. Sono stati questi due rappresentanti della tavola periodica a trovare la più ampia applicazione industriale nelle mani dell'uomo.

Proprietà dell'idrossido di alluminio

L'idrossido è il composto più comune formato dall'alluminio. Le sue proprietà chimiche sono le stesse del metallo stesso: è anfotero. Ciò significa che è in grado di esibire una duplice natura, reagendo sia con acidi che con alcali.

Lo stesso idrossido di alluminio è un precipitato gelatinoso bianco. Si ottiene facilmente facendo reagire un sale di alluminio con un alcali o reagendo con acidi, questo idrossido dà il solito sale e acqua corrispondenti. Se la reazione avviene con un alcali, si formano complessi idrossilati di alluminio, in cui il suo numero di coordinazione è 4. Esempio: Na - tetraidrossialluminato di sodio.

Un pezzo di alluminio puro

Un minerale molto raro della famiglia del rame-cupalite, una sottoclasse di metalli e composti intermetallici della classe degli elementi nativi. Principalmente sotto forma di depositi microscopici di una struttura continua a grana fine. Può formare cristalli lamellari o squamosi fino a 1 mm, si notano baffi lunghi fino a 0,5 mm. con uno spessore del filo di diversi micron. Un metallo paramagnetico leggero di colore bianco-argento, facile da modellare, colare e lavorare.

Vedi anche:

STRUTTURA

Struttura cubica a facce centrate. 4 atomi arancioni

Il reticolo cristallino dell'alluminio è un cubo a facce centrate, stabile a temperature comprese tra 4°K e il punto di fusione. Non ci sono trasformazioni allotropiche nell'alluminio, cioè la sua struttura è permanente. La cella unitaria è composta da quattro atomi che misurano 4,049596×10 -10 m; a 25 °C, il diametro atomico (la distanza più breve tra gli atomi nel reticolo) è 2,86 × 10 -10 m, e il volume atomico è 9,999 × 10 -6 m 3 /g-atomo.
Le impurità nell'alluminio hanno poco effetto sul parametro reticolare. L'alluminio ha una grande attività chimica; l'energia di formazione dei suoi composti con ossigeno, zolfo e carbonio è molto elevata. Nell'intervallo di tensione, è tra gli elementi più elettronegativi e il suo potenziale normale dell'elettrodo è -1,67 V. In condizioni normali, interagendo con l'ossigeno atmosferico, l'alluminio è ricoperto da una pellicola sottile (2-10 -5 cm) ma resistente di ossido di alluminio A1 2 0 3, che protegge da ulteriore ossidazione, che ne determina l'elevata resistenza alla corrosione. Tuttavia, se nell'alluminio o nell'ambiente sono presenti Hg, Na, Mg, Ca, Si, Cu e alcuni altri elementi, la resistenza della pellicola di ossido e le sue proprietà protettive vengono drasticamente ridotte.

PROPRIETÀ

Alluminio nativo. Campo visivo 5 x 4 mm. Azerbaigian, regione di Gobustan, Mar Caspio, Here-Zira o isola di Bulla

L'alluminio è un metallo morbido, leggero, bianco-argento con elevata conduttività termica ed elettrica ed è paramagnetico. Punto di fusione 660°C. I vantaggi dell'alluminio e delle sue leghe includono la bassa densità (2,7 g/cm3), caratteristiche di resistenza relativamente elevate, buona conduttività termica ed elettrica, producibilità ed elevata resistenza alla corrosione. La combinazione di queste proprietà ci permette di classificare l'alluminio come uno dei materiali tecnici più importanti. Si trasforma facilmente in filo e si arrotola in fogli sottili. L'alluminio è chimicamente attivo (nell'aria si ricopre con una pellicola protettiva di ossido - ossido di alluminio) e protegge in modo affidabile il metallo da ulteriore ossidazione. Ma se la polvere di alluminio o il foglio di alluminio vengono riscaldati fortemente, il metallo brucia con una fiamma accecante, trasformandosi in ossido di alluminio. L'alluminio si dissolve anche negli acidi cloridrico e solforico diluiti, soprattutto se riscaldato. Ma l'alluminio non si dissolve nell'acido nitrico freddo altamente diluito e concentrato. Quando soluzioni acquose di alcali agiscono sull'alluminio, lo strato di ossido si dissolve e si formano alluminati: sali contenenti alluminio come parte dell'anione.

RISERVE E PRODUZIONE

In termini di prevalenza nella crosta terrestre, è al 1° tra i metalli e al 3° tra gli elementi, secondo solo all'ossigeno e al silicio. La concentrazione di massa di alluminio nella crosta terrestre, secondo vari ricercatori, è stimata dal 7,45 all'8,14%.
Il moderno metodo di produzione, il processo Hall-Héroult, fu sviluppato indipendentemente dall'americano Charles Hall e dal francese Paul Héroult nel 1886. Consiste nella dissoluzione dell'ossido di alluminio Al 2 O 3 in una fusione di criolite Na 3 AlF 6 seguita dall'elettrolisi utilizzando coke consumabile o elettrodi anodici di grafite. Questo metodo di produzione richiede quantità molto elevate di elettricità e pertanto ha trovato applicazione industriale solo nel XX secolo.

ORIGINE

Alluminio aggregato con crosta di bayerite in superficie. Uzbekistan, regione di Navoi, Uchkuduk

A causa della sua elevata attività chimica, non si trova in forma pura, ma solo come parte di vari composti. Ad esempio, sono noti molti minerali, minerali e rocce che contengono alluminio. Viene però estratto solo dalla bauxite, il cui contenuto in natura non è molto elevato. Le sostanze più comuni contenenti il ​​metallo in questione sono: feldspati; bauxite; graniti; silice; alluminosilicati; basalti e altri. In piccole quantità, l'alluminio si trova necessariamente nelle cellule degli organismi viventi. Alcune specie di muschi e abitanti marini sono in grado di accumulare questo elemento all'interno dei loro corpi per tutta la vita.

APPLICAZIONE

Decorazione in alluminio

Ampiamente usato come materiale da costruzione. I principali vantaggi dell'alluminio in questa qualità sono la leggerezza, la malleabilità allo stampaggio e la resistenza alla corrosione. La conducibilità elettrica dell'alluminio è solo 1,7 volte inferiore a quella del rame, mentre l'alluminio è circa 4 volte più economico al chilogrammo, ma a causa della sua densità 3,3 volte inferiore, per ottenere pari resistenza necessita di circa 2 volte meno peso. Pertanto, è ampiamente utilizzato nell'ingegneria elettrica per la produzione di fili, la loro schermatura e persino nella microelettronica quando si depositano conduttori sulla superficie dei cristalli del microcircuito.
Quando l'alluminio era molto costoso, ne veniva ricavata una varietà di gioielli. Pertanto, Napoleone III ordinò bottoni in alluminio e nel 1889 a Mendeleev furono presentate bilance con ciotole in oro e alluminio. La moda per i gioielli in alluminio passò immediatamente quando apparvero nuove tecnologie per la sua produzione, riducendone notevolmente i costi. Al giorno d'oggi, l'alluminio viene talvolta utilizzato nella produzione di bigiotteria.

Alluminio - Al

• Designazione - Al (alluminio);
• Periodo - III;
• Gruppo - 13 (IIIa);
• Massa atomica - 26.981538;
• Numero atomico - 13;
• Raggio atomico = 143 pm;
• Raggio covalente = 121 pm;
• Distribuzione degli elettroni - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1 ;
• temperatura di fusione = 660°C;
• punto di ebollizione = 2518°C;
• Elettronegatività (secondo Pauling/secondo Alpred e Rochow) = 1,61/1,47;
• Stato di ossidazione: +3,0;
• Densità (n.) = 2,7 g/cm3;
• Volume molare = 10,0 cm 3 /mol.

L'alluminio (allume) fu ottenuto per la prima volta nel 1825 dal danese G. K. Ørsted. Inizialmente, prima della scoperta di un metodo di produzione industriale, l’alluminio era più costoso dell’oro.

L'alluminio è il metallo più abbondante nella crosta terrestre (la frazione di massa è del 7-8%) e il terzo più abbondante di tutti gli elementi dopo l'ossigeno e il silicio. L'alluminio non si trova in forma libera nel proirod.

I più importanti composti dell’alluminio naturale:

• alluminosilicati - Na 2 O Al 2 O 3 2SiO 2 ; K2OAl2O32SiO2
• bauxite - Al 2 O 3 · N H2O
• corindone - Al 2 O 3
• criolite - 3NaF AlF 3

Riso. Struttura dell'atomo di alluminio.

L'alluminio è un metallo chimicamente attivo: al suo livello elettronico esterno ci sono tre elettroni che partecipano alla formazione di legami covalenti quando l'alluminio interagisce con altri elementi chimici (vedi Legame covalente). L'alluminio è un forte agente riducente e presenta uno stato di ossidazione pari a +3 in tutti i composti.

A temperatura ambiente, l'alluminio reagisce con l'ossigeno contenuto nell'aria atmosferica per formare un forte film di ossido, che impedisce in modo affidabile il processo di ulteriore ossidazione (corrosione) del metallo, a seguito del quale diminuisce l'attività chimica dell'alluminio.

Grazie alla pellicola di ossido, l'alluminio non reagisce con l'acido nitrico a temperatura ambiente, quindi le pentole in alluminio sono un contenitore affidabile per la conservazione e il trasporto dell'acido nitrico.

Proprietà fisiche dell'alluminio:

• metallo bianco-argento;
• solido;
• duraturo;
• facile;
• plastica (allungata in filo sottile e pellicola);
• ha un'elevata conduttività elettrica e termica;
• punto di fusione 660°C
• l'alluminio naturale è costituito da un isotopo 27 13 Al

Proprietà chimiche dell'alluminio:

• quando si rimuove la pellicola di ossido, l'alluminio reagisce con l'acqua:
  2Al + 6H2O = 2Al(OH)3 + 3H2;
• a temperatura ambiente reagisce con bromo e cloro formando sali:
  2Al + 3Br2 = 2AlCl3;
• ad alte temperature l'alluminio reagisce con l'ossigeno e lo zolfo (la reazione è accompagnata dal rilascio di una grande quantità di calore):
  4Al + 3O 2 = 2Al 2 O 3 + Q;
  2Al+3S = Al2S3+Q;
• a t=800°C reagisce con l'azoto:
  2Al + N2 = 2AlN;
• a t=2000°C reagisce con il carbonio:
  2Al+3C = Al4C3;
• riduce molti metalli dai loro ossidi - alluminotermia(a temperature fino a 3000°C) industrialmente si producono tungsteno, vanadio, titanio, calcio, cromo, ferro, manganese:
  8Al + 3Fe3O4 = 4Al2O3 + 9Fe;
• reagisce con acido cloridrico e solforico diluito per rilasciare idrogeno:
  2Al + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2;
  2Al + 3H2SO4 = Al2 (SO4)3 + 3H2;
• reagisce con acido solforico concentrato ad alta temperatura:
  2Al + 6H2SO4 = Al2 (SO4) 3 + 3SO2 + 6H2O;
• reagisce con gli alcali con il rilascio di idrogeno e la formazione di sali complessi - la reazione avviene in più fasi: quando l'alluminio viene immerso in una soluzione alcalina, la pellicola protettiva durevole di ossido che si trova sulla superficie del metallo si dissolve; dopo che il film si è sciolto, l'alluminio, come metallo attivo, reagisce con l'acqua per formare idrossido di alluminio, che reagisce con gli alcali come idrossido anfotero:
  • Al 2 O 3 +2NaOH = 2NaAlO 2 +H 2 O - dissoluzione del film di ossido;
  • 2Al+6H 2 O = 2Al(OH) 3 +3H 2 - interazione dell'alluminio con l'acqua per formare idrossido di alluminio;
  • NaOH+Al(OH) 3 = NaAlO 2 + 2H 2 O - interazione dell'idrossido di alluminio con gli alcali
  • 2Al+2NaOH+2H 2 O = 2NaAlO 2 +3H 2 - l'equazione generale per la reazione dell'alluminio con gli alcali.

Collegamenti in alluminio

Al2O3 (allumina)

Ossido di alluminio L'Al 2 O 3 è una sostanza bianca, molto refrattaria e dura (in natura sono più duri solo il diamante, il carborundum e il borazone).

Proprietà dell'allumina:

• non si dissolve in acqua e reagisce con essa;
• è una sostanza anfotera, che reagisce con acidi e alcali:
  Al2O3 + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2O;
  Al2O3 + 6NaOH + 3H2O = 2Na3;
• come reagisce un ossido anfotero quando viene fuso con ossidi e sali metallici per formare alluminati:
  Al2O3 + K2O = 2KAlO2.

Nell'industria, l'allumina si ottiene dalla bauxite. In condizioni di laboratorio, l'allumina può essere ottenuta bruciando l'alluminio in ossigeno:
4Al + 3O2 = 2Al2O3.

Applicazioni dell'allumina:

• per la produzione di alluminio e ceramica elettrica;
• come materiale abrasivo e refrattario;
• come catalizzatore nelle reazioni di sintesi organica.

Al(OH)3

Idrossido di alluminio Al(OH) 3 è un solido cristallino bianco che si ottiene come risultato di una reazione di scambio da una soluzione di idrossido di alluminio - precipita come un precipitato gelatinoso bianco che cristallizza nel tempo. Questo composto anfotero è quasi insolubile in acqua:
Al(OH)3 + 3NaOH = Na3;
Al(OH)3 + 3HCl = AlCl3 + 3H2O.

• interazione di Al(OH) 3 con acidi:
  Al(OH)3 +3H + Cl = Al3+ Cl3 +3H2O
• interazione di Al(OH) 3 con gli alcali:
  Al(OH)3 +NaOH - = NaAlO2 - +2H2O

L'idrossido di alluminio si ottiene dall'azione degli alcali su soluzioni di sali di alluminio:
AlCl3 + 3NaOH = Al(OH)3 + 3NaCl.

Produzione e utilizzo dell'alluminio

L'alluminio è piuttosto difficile da isolare dai composti naturali con mezzi chimici, il che si spiega con l'elevata forza dei legami nell'ossido di alluminio, pertanto, per la produzione industriale di alluminio, elettrolisi di una soluzione di allumina Al 2 O 3 in criolite fusa Na 3; Viene utilizzato AlF6. Come risultato del processo, l'alluminio viene rilasciato al catodo e l'ossigeno all'anodo:

2Al2O3 → 4Al+3O2

La materia prima di partenza è la bauxite. L'elettrolisi avviene ad una temperatura di 1000°C: il punto di fusione dell'ossido di alluminio è 2500°C - non è possibile effettuare l'elettrolisi a questa temperatura, quindi l'ossido di alluminio viene sciolto nella criolite fusa e solo allora viene utilizzato l'elettrolita risultante nell'elettrolisi per produrre alluminio.

Applicazione dell'alluminio:

• le leghe di alluminio sono ampiamente utilizzate come materiali strutturali nella costruzione automobilistica, aeronautica e navale: duralluminio, silumin, bronzo-alluminio;
• nell'industria chimica come agente riducente;
• nell'industria alimentare per la produzione di fogli, stoviglie, materiale per imballaggio;
• per fare fili, ecc.

L'alluminio è un metallo bianco duttile e leggero rivestito con una pellicola di ossido argentato opaco. Nel sistema periodico di D.I. Mendeleev, questo elemento chimico è designato come Al (Alluminio) e si trova nel sottogruppo principale del gruppo III, terzo periodo, sotto il numero atomico 13. Puoi acquistare l'alluminio sul nostro sito web.

Storia della scoperta

Nel XVI secolo, il famoso Paracelso fece il primo passo verso l’estrazione dell’alluminio. Dall'allume isolò la “terra di allume”, che conteneva l'ossido di un metallo allora sconosciuto. Nel XVIII secolo il chimico tedesco Andreas Marggraff riprese questo esperimento. Chiamò l'ossido di alluminio "allumina", che significa "astringente" in latino. A quel tempo il metallo non era popolare perché non veniva trovato nella sua forma pura.
Per molti anni scienziati inglesi, danesi e tedeschi hanno cercato di isolare l'alluminio puro. Nel 1855, all'Esposizione Mondiale di Parigi, il metallo alluminio fece scalpore. Da esso venivano realizzati solo oggetti di lusso e gioielli, poiché il metallo era piuttosto costoso. Alla fine del XIX secolo apparve un metodo più moderno ed economico per produrre l'alluminio. Nel 1911, a Düren fu prodotto il primo lotto di duralluminio, che prese il nome dalla città. Nel 1919 fu creato il primo aeroplano con questo materiale.

Proprietà fisiche

Il metallo di alluminio è caratterizzato da elevata conduttività elettrica, conduttività termica, resistenza alla corrosione, al gelo e duttilità. Si presta bene allo stampaggio, alla forgiatura, alla trafilatura e alla laminazione. L'alluminio può essere saldato bene con vari tipi di saldatura. Una proprietà importante è la sua bassa densità di circa 2,7 g/cm³. Il punto di fusione è di circa 660°C.
Le proprietà meccaniche, fisico-chimiche e tecnologiche dell'alluminio dipendono dalla presenza e dalla quantità di impurità che peggiorano le proprietà del metallo puro. Le principali impurità naturali sono silicio, ferro, zinco, titanio e rame.

In base al grado di purificazione, l'alluminio si distingue tra purezza elevata e tecnica. La differenza pratica è la differenza nella resistenza alla corrosione in determinati ambienti. Più il metallo è puro, più è costoso. L'alluminio tecnico viene utilizzato per la produzione di leghe, prodotti laminati e prodotti in cavi e fili. Il metallo ad alta purezza viene utilizzato per scopi speciali.
In termini di conduttività elettrica, l’alluminio è secondo solo all’oro, all’argento e al rame. E la combinazione di bassa densità ed elevata conduttività elettrica gli consente di competere con il rame nel campo dei cavi e dei fili. La ricottura a lungo termine migliora la conduttività elettrica, mentre la tempra a freddo la peggiora.

La conduttività termica dell'alluminio aumenta con l'aumentare della purezza del metallo. Le impurità di manganese, magnesio e rame riducono questa proprietà. In termini di conduttività termica, l'alluminio è inferiore solo al rame e all'argento. Grazie a questa proprietà, il metallo viene utilizzato negli scambiatori di calore e nei radiatori di raffreddamento.
L'alluminio ha un elevato calore specifico e calore di fusione. Queste cifre sono significativamente più elevate di quelle della maggior parte dei metalli. Maggiore è la purezza dell'alluminio, maggiore è la sua capacità di riflettere la luce dalla superficie. Il metallo è ben lucidato e anodizzato.

L'alluminio ha un'elevata affinità con l'ossigeno ed è ricoperto nell'aria da una pellicola sottile e resistente di ossido di alluminio. Questo film protegge il metallo dalla successiva ossidazione e conferisce buone proprietà anticorrosive. L'alluminio è resistente alla corrosione atmosferica, al mare e all'acqua dolce e praticamente non interagisce con acidi organici, acido nitrico concentrato o diluito.

Proprietà chimiche

L'alluminio è un metallo anfotero abbastanza attivo. In condizioni normali, un forte film di ossido ne determina la durabilità. Se la pellicola di ossido viene distrutta, l'alluminio agisce come un metallo riducente attivo. Allo stato finemente frantumato e ad alte temperature, il metallo interagisce con l'ossigeno. Quando riscaldato, si verificano reazioni con zolfo, fosforo, azoto, carbonio e iodio. In condizioni normali, il metallo reagisce con cloro e bromo. Non c'è reazione con l'idrogeno. Con i metalli, l'alluminio forma leghe contenenti composti intermetallici - alluminuri.

A condizione che la pellicola di ossido venga rimossa, si verifica una vigorosa interazione con l'acqua. Le reazioni con acidi diluiti avvengono facilmente. Le reazioni con acido nitrico e solforico concentrato si verificano quando riscaldate. L'alluminio reagisce facilmente con gli alcali. L'applicazione pratica in metallurgia ha trovato la proprietà di ridurre i metalli da ossidi e sali - reazioni di alluminotermia.

Ricevuta

L'alluminio è al primo posto tra i metalli e al terzo tra tutti gli elementi in termini di abbondanza nella crosta terrestre. Circa l'8% della massa della crosta terrestre è questo metallo. L'alluminio si trova nei tessuti di animali e piante come oligoelemento. In natura si trova legato sotto forma di rocce e minerali. Il guscio roccioso della terra, che si trova alla base dei continenti, è formato proprio da alluminosilicati e silicati.

Gli alluminosilicati sono minerali formatisi a seguito di processi vulcanici in opportune condizioni di alta temperatura. Durante la distruzione degli alluminosilicati di origine primaria (feldspati) si sono formate diverse rocce secondarie a maggior contenuto di alluminio (aluniti, caolini, bauxiti, nefeline). L'alluminio è incluso nelle rocce secondarie sotto forma di idrossidi o idrosilicati. Tuttavia, non tutte le rocce contenenti alluminio possono essere una materia prima per l'allumina, un prodotto da cui l'alluminio viene prodotto utilizzando il metodo dell'elettrolisi.

L'alluminio è spesso ottenuto dalla bauxite. I depositi di questo minerale sono comuni nei paesi della zona tropicale e subtropicale. In Russia vengono utilizzati anche minerali di nefelina, i cui depositi si trovano nella regione di Kemerovo e nella penisola di Kola. Durante l'estrazione dell'alluminio dalle nefeline, lungo il percorso vengono prodotti anche potassio, carbonato di sodio, cemento e fertilizzanti.

La bauxite contiene il 40-60% di allumina. Contiene anche ossido di ferro, biossido di titanio e silice. Il processo Bayer viene utilizzato per isolare l'allumina pura. In un'autoclave il minerale viene riscaldato con soda caustica, raffreddato e il “fango rosso” (sedimento solido) viene separato dal liquido. Successivamente, dalla soluzione risultante, l'idrossido di alluminio viene precipitato e calcinato per ottenere allumina pura. L'allumina deve soddisfare standard elevati di purezza e dimensione delle particelle.

L'allumina (ossido di alluminio) viene estratta dal minerale estratto e arricchito. L'allumina viene quindi convertita in alluminio mediante elettrolisi. La fase finale è il recupero mediante il processo Hall-Heroux. Il processo è il seguente: durante l'elettrolisi di una soluzione di allumina nella criolite fusa, viene rilasciato alluminio. Il catodo è il fondo del bagno di elettrolisi e l'anodo è costituito da barre di carbonio situate nella criolite. L'alluminio fuso viene depositato sotto una soluzione di criolite con il 3-5% di allumina. La temperatura del processo sale fino a 950°C, che è molto più alta del punto di fusione dell'alluminio stesso (660°C). La purificazione profonda dell'alluminio viene effettuata mediante fusione zonale o distillazione tramite subfluoruro.

Applicazione

L'alluminio è utilizzato in metallurgia come base per le leghe (duralluminio, silumin) e come elemento di lega (leghe a base di rame, ferro, magnesio, nichel). Le leghe di alluminio vengono utilizzate nella vita di tutti i giorni, nell'architettura e nell'edilizia, nella costruzione navale e nella produzione automobilistica, nonché nella tecnologia spaziale e aeronautica. L'alluminio viene utilizzato nella produzione di esplosivi. L'alluminio anodizzato (rivestito con pellicole colorate di ossido di alluminio) viene utilizzato per realizzare gioielli. Il metallo è utilizzato anche nell'ingegneria elettrica.

Diamo un'occhiata a come vengono utilizzati i vari prodotti in alluminio.

Nastro in alluminioè un sottile nastro di alluminio di spessore 0,3-2 mm, largo 50-1250 mm, fornito in rotoli. Il nastro viene utilizzato nell'industria alimentare, leggera e della refrigerazione per la produzione di elementi di raffreddamento e radiatori.

Girare filo di alluminio utilizzato per la fabbricazione di cavi e fili per scopi elettrici e rettangolare per l'avvolgimento di fili.

Quando si utilizzano pentole in alluminio a casa, è necessario ricordare che al loro interno possono essere conservati e riscaldati solo liquidi neutri. Se, ad esempio, la zuppa di cavolo acido viene cotta in un contenitore del genere, l'alluminio entrerà nel cibo e avrà uno sgradevole sapore “metallico”.

L'alluminio è incluso nei farmaci usati per le malattie dei reni e del tratto gastrointestinale.

DEFINIZIONE

Alluminio– elemento chimico del 3° periodo del gruppo IIIA. Numero di serie – 13. Metallo. L'alluminio appartiene agli elementi della famiglia P. Simbolo – Al.

Massa atomica – 27 amu. La configurazione elettronica del livello di energia esterna è 3s 2 3p 1. Nei suoi composti l'alluminio presenta uno stato di ossidazione “+3”.

Proprietà chimiche dell'alluminio

L'alluminio mostra proprietà riducenti nelle reazioni. Poiché sulla sua superficie si forma una pellicola di ossido quando esposto all'aria, è resistente all'interazione con altre sostanze. Ad esempio, l'alluminio viene passivato in acqua, acido nitrico concentrato e una soluzione di bicromato di potassio. Tuttavia, dopo aver rimosso la pellicola di ossido dalla sua superficie, è in grado di interagire con sostanze semplici. La maggior parte delle reazioni si verificano quando riscaldate:

2Al polvere +3/2O2 = Al2O3;

2Al + 3F 2 = 2AlF 3 (t);

2Al polvere + 3Hal 2 = 2AlHal 3 (t = 25°C);

2Al + N2 = 2AlN (t);

2Al+3S = Al2S3(t);

4Al + 3C grafite = Al 4 C 3 (t);

4Al + P 4 = 4AlP (t, in un'atmosfera di H 2).

Inoltre, dopo aver rimosso la pellicola di ossido dalla sua superficie, l'alluminio è in grado di interagire con l'acqua per formare idrossido:

2Al + 6H2O = 2Al(OH)3 + 3H2.

L'alluminio presenta proprietà anfotere, quindi è in grado di dissolversi in soluzioni diluite di acidi e alcali:

2Al + 3H 2 SO 4 (diluito) = Al 2 (SO 4) 3 + 3H 2;

2Al + 6HCl diluito = 2AlCl 3 + 3 H 2 ;

8Al + 30HNO3 (diluito) = 8Al(NO3)3 + 3N2O + 15H2O;

2Al+2NaOH+3H2O = 2Na+3H2;

2Al + 2(NaOH×H 2 O) = 2NaAlO 2 + 3 H 2.

L'alluminotermia è un metodo per produrre metalli dai loro ossidi, basato sulla riduzione di questi metalli con l'alluminio:

8Al + 3Fe3O4 = 4Al2O3 + 9Fe;

2Al + Cr2O3 = Al2O3 + 2Cr.

Proprietà fisiche dell'alluminio

L'alluminio è un colore bianco-argenteo. Le principali proprietà fisiche dell'alluminio sono la leggerezza, l'elevata conduttività termica ed elettrica. Allo stato libero, quando esposto all'aria, l'alluminio è ricoperto da una pellicola durevole di ossido di Al 2 O 3, che lo rende resistente all'azione degli acidi concentrati. Punto di fusione – 660,37°C, punto di ebollizione – 2500°C.

Produzione e utilizzo dell'alluminio

L'alluminio è prodotto mediante elettrolisi dell'ossido fuso di questo elemento:

2Al2O3 = 4Al+3O2

Tuttavia, a causa della bassa resa del prodotto, viene spesso utilizzato il metodo di produzione dell'alluminio mediante elettrolisi di una miscela di Na 3 e Al 2 O 3. La reazione avviene quando riscaldata a 960 ° C e in presenza di catalizzatori - fluoruri (AlF 3, CaF 2, ecc.), Mentre al catodo avviene il rilascio di alluminio e all'anodo viene rilasciato ossigeno.

L'alluminio ha trovato ampia applicazione nell'industria; le leghe a base di alluminio sono i principali materiali strutturali nella costruzione aeronautica e navale;

Esempi di risoluzione dei problemi

ESEMPIO 1