Справочная

" - 1 2 4 b N O S А Б В Г Д Е Ж З И К Л м Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э

АЛЮМИНИЙ

АЛЮМИНИЙ (от лат. alumen, род. падеж aluminis — квасцы; лат.Aluminium) A1, хим. элемент III гр. периодич. системы, ат. н. 13, ат. м.26,98154. В природе один стабильный изотоп 27А1. Поперечноесечение захвата тепловых нейтронов 215*10-25 м2.Конфигурация внеш. электронной оболочки 3s23p; степень окисления+ 3, менее характерны + 1 и + 2 (только выше 800 °С в газовой фазе); энергияионизации Аl0 -> А1+ -> А12 +-> А13+ соотв. 5,984, 18,828, 28,44 эВ; сродство к электрону0,5 эВ; электроотрицательность по Полингу 1,5; атомный радиус 0,143 нм,ионный радиус А13+ (в скобках указаны координац. числа) 0,053нм (4), 0,062 нм (5), 0,067 нм (6).

Содержание алюминия в земной коре 8,8% по массе. По распространенности в природезанимает четвертое место среди всех элементов (после О, Н и Si) и первоесреди металлов; в своб. виде не встречается. Важнейшие минералы: боксит,представляющий собой смесь гидроксидов алюминия — диаспора и бемита А1ООН и гиббсита(гидраргиллита) А1(ОH)3 (крупнейшие месторождения в Австралии,Бразилии, Гвинее и на Ямайке; пром. месторождения имеются также в СФРЮ,Греции, ВНР, Франции и СССР); алунит, или квасцовый камень (Na, К)2* SO4*A12(SO4)3*4A1(OH3)(осн. месторождения в СССР, ЧССР, Италии); нефелин (Na,K)2O*Al2O3*2SiO2(осн. месторождения в СССР, Гренландии, Норвегии, Швеции, Кении).

Свойства. алюминий — серебристо-белый легкий металл; кристаллич. решеткакубич. гранецентрированная (а = 0,40403 нм, z = 4, пространств.группа Fт3т). Т. пл. 660 °С, т. кип. ок. 2452°С; плотн. алюминия 99,996%-нойчистоты 2,6989 (20°С) и 2,289 (1000°С) г/см3; Сp°24,35 Дж/(моль*К);/images/enc2/001099.jpgН0пл10,9кДж/моль,/images/enc2/001100.jpgН0исп302,13 кДж/моль; S0298 28 Дж/(моль*К); давление пара(Па) 0,266 (660°С), 13,3 (1123°С), 133 (1279°С); температурный коэф. линейногорасширения 24,58*10 -6 К-1 (20-200°С); теплопроводность1,24*10-3 Вт/(м*К);/images/enc2/001101.jpg0,0265 мкОм*м; для алюминия 99,85%-ной чистоты/images/enc2/001102.jpg(Н*с/м2) 2*10-3 (800°С), 1,5*10-3 (900°С),1,3*10-3 (1000°С);/images/enc2/001103.jpg(награнице с Аг) 0,86 Н/м (700-750 °С). Алюминий слабо парамагнитен. Стандартныйэлектродный потенциал А13+/А1° -1,663В в кислой среде и -2,35В в щелочной. Модуль упругости 7*103МПа; для отожженного металлатвердость по Бринеллю 170 МПа, для холоднокатаного 270 МПа,/images/enc2/001104.jpgсоотв. 50 и 115 МПа, относит. удлинение 49 и 5,5%. При охлаждении ниже120 К прочностные св-ва алюминия в отличие от большинства металлов возрастают,а пластические не изменяются.

На воздухе алюминий покрывается тонкой прочной беспористой пленкой А12О3,защищающей металл от дальнейшего окисления и обусловливающей его высокуюкоррозионную стойкость. По этой же причине алюминий не реагирует с конц. HNO3.Техн. алюминий легко взаимод. с разбавленными соляной к-той H2SO4и HNO3, образуя соли. Алюминий легко реагирует со щелочами, даваяалюминаты.

При 25 °С алюминий образует с хлором, бромом и иодом соотв. алюминия хлоридА1С13,бромид А1Вr3 и иодид АlI3, при 600°С с фтором-алюминияфторид A1F3. Бромид -бесцв. расплывающиеся на воздухе кристаллы;т. пл. 97 °С, т. кип. 255°С;/images/enc2/001105.jpgобр-514кДж/моль; раств. в воде, спирте, CS2, ацетоне. Иодид-светло-коричневыерасплывающиеся на воздухе кристаллы; т. пл. 180°С, т. кип. 360°С;/images/enc2/001106.jpgобр-309 кДж/моль; раств. в воде, спирте, эфире, CS2.

Порошкообразный алюминий выше 800°С образует с азотом алюминия нитрид A1N.При взаимод. атомарного Н с парами алюминия при -196 °С получается гидрид (А1Н)Х(х = 1, 2), стабильный до — 76°С; (А1Н3)Х, синтезированныйвзаимод. А1С13 с Li[А1Н4],-бесцв. аморфный порошок,разлагается на элементы выше 100°С, водой гидролизуется. Алюминий реагирует сS выше 200°С, давая сульфид A12S3-бесцв. кристаллы;т. пл. 1120°С, т. возг. 1550°С (в токе N2);

/images/enc2/001107.jpgобр-723 кДж/моль; разлагается водой, к-тами. С фосфором при 500°С алюминий образуетфосфид А1Р-желтовато-серые кристаллы, устойчивые до 1000°С;/images/enc2/001108.jpgобр—121 кДж/моль; разлагается к-тами и щелочами. При взаимод. расплавленногоалюминия с В образуются бориды А1В2 и А1В12-желто-серыеили коричневые кристаллы; т. пл. 2200 °С; не разлагаются водой и к-тами.

Выше 800°С могут образовываться соед. А1(I), напр.: А12Х3+ 4А1/images/enc2/001109.jpgЗА12Х (X = О, S, Se).

С рядом металлов и неметаллов алюминий образует сплавы (см. Алюминия сплавы),вк-рых содержатся интерметаллич. соед. — алюминиды, обычно весьма тугоплавкие(как правило, т. пл. выше 1000°С) и обладающие высокой твердостью (напр.,твердость по Бринеллю для СuА12 и СгА17 ок. 5000МПа, для TiAl3 ок. 7000 МПа, для РеА13 ок. 10000МПа) и жаропрочностью. Алюминиды выполняют роль модификаторов сплавов ипридают изделиям высокие мех. св-ва.

Получение и переработка. Алюминий получают электролизом р-ра глинозема(техн. А12О3) в расплавленном криолите Na3[AlF6](см. Алюминия фторид)при 960-970°С. Состав электролита: 75-90%по массе Na3 [A1F6], 5-12% A1F3, 2-10%CaF2, 1-10% A12O3; молярное отношениеNaF: A1F3 = 2,20-2,85. Пром. комплекс по получению алюминия включаетпроиз-во глинозема из алюминиевых руд (см. об этом Алюминия оксид),криолитаи др. фторидов, углеродистых анодных и футеровочных материалов и собственноэлектролитич. получение алюминия.

Электролиз глинозема ведут в аппаратах, катодом в к-рых служит подинаванны, анодом — предварительно обожженные угольные блоки или самообжигающиесяэлектроды, погруженные в расплавленный электролит. В расплаве протекаютслед. р-ции:
/images/enc2/001110.jpg

Жидкий алюминий накапливается на подине ванны, на аноде выделяется О2,образующий с его материалом СО и СО2. Плотность тока на аноде0,7-0,9 А/см2, на катоде 0,4-0,5 А/см2; для разл.типов электролизеров сила тока составляет 100-250 кА, рабочее напряжение4.2-4,5 В (поддерживается автоматически); на получение 1 т чернового алюминиярасходуется 14-16 тыс. кВт*ч электроэнергии, 1,92-1,95 т А12О3,0,5-0,6 т анодного материала; суточная производительность ванны среднеймощности от 550 до 1200 кг. Алюминий отбирают из электролизера один раз в 1-2сут.

Алюминий высокой чистоты (не более 0,05% примесей) получают электролитич.рафинированием чернового алюминия, содержащего до 1% примесей; в кач-ве электролитачаще всего используют расплав Na3[A1F6], ВаС12(до 60%) и NaCl (до 4%). Для получения алюминия особой чистоты (не более 0,001%примесей) применяют зонную плавку или хим. транспортную р-цию: 2А1 (жидкость)+ А1F3(газ)/images/enc2/001111.jpg3А1F(газ).

Алюминий разливают в чушки или плоские слитки, к-рые затем перерабатываютв листы, фольгу, профили, проволоку. Он хорошо сваривается, поддается ковке,штамповке, прокатке, волочению и прессованию, а также обрабатывается методамипорошковой металлургии. Алюминий в виде порошка производят распылением струижидкого чистого алюминия упругой струей смеси N2 и О2 (2-8%).Частицы порошка при этом покрываются пленкой А12О3,содержание к-рого колеблется от 6 до 17%. При содержании О2в газовой струе менее 2% порошок самопроизвольно возгорается на воздухе,при содержании О2 более 8%-горит при распылении. Сухими мокрым размолом порошка в шаровых мельницах получают алюминий соотв. в видепудры и пасты.

Порошок алюминия со средним размером частиц до 20 мкм пирофорен; т. самовоспл.490°С, т. воспл. 420°С; ниж. КПВ 0,025-0,045 кг/м3. Аэрозольалюминия в воздухе воспламеняется при 645°С.

Определение. Алюминий обнаруживают по образованию окрашенных соед. с ализарином,алюминоном, морином или с помощью эмиссионного спектрального анализа. Гравиметрич.методы определения основаны на выделении алюминия в виде гидроксида, бензоата,гидроксихинолината и послед. прокаливании их при 1200°С до А12О3,к-рый взвешивают. При титриметрич. определении алюминий при рН 4,5 связываютв комплекс динатриевой солью этилендиаминтетрауксусной к-ты, избыток к-ройоттитровывают р-ром соли Zn. Для количеств. определения алюминия используют такжефотометрич. (с помощью 8-гидроксихинолина, алюминона, эриохромцианина,хромазурола S) и атомно-абсорбционный (с использованием резонансного излученияс длиной волны 309,3 нм) методы анализа.

Применение. Алюминий используют гл. обр. для получения алюминиевыхсплавов. Чистый алюминий-конструкц. материал в стр-ве жилых и обществ. зданий,с.-х. объектов, в судостроении, для оборудования силовых подстанций и др.Применяют алюминий также для изготовления кабельных, токопроводящих и др. изделийв электротехнике, корпусов и охладителей диодов, спец. хим. аппаратуры,товаров народного потребления и др. Покрытия из алюминия наносят на стальныеизделия для повышения их коррозионной стойкости. Способы нанесения: распыление(для защиты стальных конструкций, эксплуатирующихся в приморских зонах,на хим. предприятиях и др.); погружение в расплав (для получения алюминированныхстальных лент); плакирование прокаткой (биметаллич. ленты); вакуумное напыление(для алюминирования лент из стали, тканей, бумаги и пластмасс, инструментальныхзеркал и др.); электрохим. способ (для получения материалов и изделий сзащитно-декоративными св-вами).

Алюминий — в виде порошка и гранул — раскислитель чугуна и стали, восстановительоксидов при получении металлов (напр., Сr, Мn, Са) и сплавов (напр., ферромолибдена,феррониобия, ферровольфрама) методом алюминотермии, компонент твердых ракетныхтоплив, пиротехн. составов, ВВ. Алюминиевая пудра и паста — пигменты лакокрасочныхматериалов; пудра используется также как газообразователь в произ-ве ячеистыхбетонов.

По объему произ-ва алюминий занимает среди металлов второе место после стали(в развитых капиталистич. странах — 12 млн т в 1980). В стр-ве и транспортноммашиностроении расходуется приблизительно по 24% чистого алюминия и его сплавов,в произ-ве упаковочных материалов и консервных банок — ок. 17%, в электротехнике- ок. 10%, в произ-ве потребительских товаров-ок. 8%.

Металлич. алюминий впервые получен в 1825 X. К. Эрстедом.


===
Исп. литература для статьи «АЛЮМИНИЙ»: Беляев А. И., Металлургия легких металлов, 6 изд., М., 1970; Aluminium-Taschenbuch, 13 Aufl., Diisseldorf, 1974. А.Ф.Белов.

Страница «АЛЮМИНИЙ» подготовлена по материалам химической энциклопедии.