алюминий

АЛЮМИНИЙ (от лат. alumen, род. падеж aluminis — квасцы; лат. Aluminium) Al

хим. элемент III гр. периодической системы, ат. н. 13, ат. м. 26,98154. В природе один стабильный изотоп 27Al. Поперечное сечение захвата тепловых нейтронов 215∙10−25 м2. Конфигурация внеш. электронной оболочки 3s23p; степень окисления + 3, менее характерны + 1 и + 2 (только выше 800 °C в газовой фазе); энергия ионизации Al0 → Al+ → Al2+ → Al3+ соотв. 5,984, 18,828, 28,44 эВ; сродство к электрону 0,5 эВ; электроотрицательность по Полингу 1,5; атомный радиус 0,143 нм, ионный радиус Al3+ (в скобках указаны координац. числа) 0,053 нм (4), 0,062 нм (5), 0,067 нм (6).

Содержание А. в земной коре 8,8% по массе. По распространенности в природе занимает четвертое место среди всех элементов (после О, Н и Si) и первое среди металлов; в своб. виде не встречается. Важнейшие минералы: боксит, представляющий собой смесь гидроксидов А. — диаспора и бемита AlООН и гиббсита (гидраргиллита) Al(OH)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. А. — серебристо-белый легкий металл; кристаллич. решетка кубич. гранецентрированная (а = 0,40403 нм, z = 4, пространственная группа Fт3т). Т. пл. 660 °C, т. кип. ок. 2452 °C; плотн. А. 99,996%-ной чистоты 2,6989 (20 °C) и 2,289 (1000 °C) г/см3; C0p 24,35 Дж/(моль∙К); ΔH0пл 10,9 кДж/моль, ΔH0исп 302,13 кДж/моль; S0298 28 Дж/(моль∙К); давление пара (Па) 0,266 (660 °C), 13,3 (1123 °C), 133 (1279 °C); температурный коэф. линейного расширения 24,58∙10−6 К1 (20–200 °C); теплопроводность 1,24∙10−3 Вт/(м∙К); алюминий 0,0265 мкОм∙м; для А. 99,85%-ной чистотыалюминий. Рис. 2 (Н∙с/м2) 2∙10−3 (800 °C), 1,5∙10−3 (900 °C), 1,3∙10−3 (1000 °C); алюминий. Рис. 3(на границе с Ar) 0,86 Н/м (700–750 °C). А. слабо парамагнитен. Стандартный электродный потенциал Al3+/Al° −1,663В в кислой среде и −2,35 В в щелочной. Модуль упругости 7∙103МПа; для отожженного металла твердость по Бринеллю 170 МПа, для холоднокатаного 270 МПа, алюминий. Рис. 4 соотв. 50 и 115 МПа, относит. удлинение 49 и 5,5%. При охлаждении ниже 120 К прочностные свойства А. в отличие от большинства металлов возрастают, а пластические не изменяются.

На воздухе А. покрывается тонкой прочной беспористой пленкой Al2O3, защищающей металл от дальнейшего окисления и обусловливающей его высокую коррозионную стойкость. По этой же причине А. не реагирует с конц. HNO3. Техн. А. легко взаимод. с разбавленными соляной кислотой H2SO4 и HNO3, образуя соли. А. легко реагирует со щелочами, давая алюминаты.

При 25 °C А. образует с хлором, бромом и иодом соотв. алюминия хлорид AlCl3, бромид AlBr3 и иодид AlI3, при 600 °C с фтором-алюминия фторид A1F3. Бромид — бесцв. расплывающиеся на воздухе кристаллы; т. пл. 97 °C, т. кип. 255 °C; ΔH0обр-514 кДж/моль; раств. в воде, спирте, CS2, ацетоне. Иодид-светло-коричневые расплывающиеся на воздухе кристаллы; т. пл. 180 °C, т. кип. 360 °C; Δ H°обр-309 кДж/моль; раств. в воде, спирте, эфире, CS2.

Порошкообразный А. выше 800 °C образует с азотом алюминия нитрид A1N. При взаимодействии атомарного Н с парами А. при −196 °C получается гидрид (AlН)Х (х = 1, 2), стабильный до −76 °C; (AlH3)Х, синтезированный взаимод. AlCl3 с Li[AlH4], — бесцв. аморфный порошок, разлагается на элементы выше 100 °C, водой гидролизуется. А. реагирует с S выше 200 °C, давая сульфид A12S3 — бесцветные кристаллы; т. пл. 1120 °C, т. возг. 1550 °C (в токе N2);

ΔH°обр −723 кДж/моль; разлагается водой, кислотами. С фосфором при 500 °C А. образует фосфид AlР-желтовато-серые кристаллы, устойчивые до 1000 °C; ΔH0обр −121 кДж/моль; разлагается кислотами и щелочами. При взаимодействии расплавленного А. с В образуются бориды AlВ2 и AlВ12-желто-серые или коричневые кристаллы; т. пл. 2200 °C; не разлагаются водой и кислотами.

Выше 800 °C могут образовываться соед. Al(I), напр.: Al2Х3 + 4Alалюминий. Рис. 5 ЗAl2Х (X = О, S, Se).

С рядом металлов и неметаллов А. образует сплавы (см. алюминия сплавы), в которых содержатся интерметаллич. соед. — алюминиды, обычно весьма тугоплавкие (как правило, т. пл. выше 1000 °C) и обладающие высокой твердостью (напр., твердость по Бринеллю для CuAl2 и CrAl7 ок. 5000 МПа, для TiAl3 ок. 7000 МПа, для РеAl3 ок. 10000 МПа) и жаропрочностью. Алюминиды выполняют роль модификаторов сплавов и придают изделиям высокие мех. свойства.

Получение и переработка. А. получают электролизом раствора глинозема (техн. Al2O3) в расплавленном криолите Na3[AlF6] (см. алюминия фторид) при 960–970 °C. Состав электролита: 75–90% по массе Na3 [A1F6], 5–12% A1F3, 2–10% CaF2, 1–10% A12O3; молярное отношение NaF: A1F3 = 2,20–2,85. Пром. комплекс по получению А. включает производство глинозема из алюминиевых руд (см. об этом Алюминия оксид), криолита и др. фторидов, углеродистых анодных и футеровочных материалов и собственно электролитич. получение А.

Электролиз глинозема ведут в аппаратах, катодом в которых служит подина ванны, анодом — предварительно обожженные угольные блоки или самообжигающиеся электроды, погруженные в расплавленный электролит. В расплаве протекают след. реакции:

алюминий. Рис. 6

Жидкий А. накапливается на подине ванны, на аноде выделяется O2, образующий с его материалом CO и CO2. Плотность тока на аноде 0,7–0,9 А/см2, на катоде 0,4–0,5 А/см2; для разл. типов электролизеров сила тока составляет 100–250 кА, рабочее напряжение 4.2–4,5 В (поддерживается автоматически); на получение 1 т чернового А. расходуется 14–16 тыс. кВт∙ч электроэнергии, 1,92–1,95 т Al2O3, 0,5–0,6 т анодного материала; суточная производительность ванны средней мощности от 550 до 1200 кг. А. отбирают из электролизера один раз в 1–2 сут.

А. высокой чистоты (не более 0,05% примесей) получают электролитич. рафинированием чернового А., содержащего до 1% примесей; в качестве электролита чаще всего используют расплав Na3[A1F6], BaCl2 (до 60%) и NaCl (до 4%). Для получения А. особой чистоты (не более 0,001% примесей) применяют зонную плавку или хим. транспортную реакцию: 2Al (жидкость) + AlF3(газ) алюминий. Рис. 73AlF(газ).

А. разливают в чушки или плоские слитки, которые затем перерабатывают в листы, фольгу, профили, проволоку. Он хорошо сваривается, поддается ковке, штамповке, прокатке, волочению и прессованию, а также обрабатывается методами порошковой металлургии. А. в виде порошка производят распылением струи жидкого чистого А. упругой струей смеси N2 и O2 (2–8%). Частицы порошка при этом покрываются пленкой Al2O3, содержание которого колеблется от 6 до 17%. При содержании O2 в газовой струе менее 2% порошок самопроизвольно возгорается на воздухе, при содержании O2 более 8%-горит при распылении. Сухим и мокрым размолом порошка в шаровых мельницах получают А. соотв. в виде пудры и пасты.

Порошок А. со средним размером частиц до 20 мкм пирофорен; т. самовоспл. 490 °C, т. воспл. 420 °C; ниж. КПВ 0,025–0,045 кг/м3. Аэрозоль А. в воздухе воспламеняется при 645 °C.

Определение. А. обнаруживают по образованию окрашенных соед. с ализарином, алюминоном, морином или с помощью эмиссионного спектрального анализа. Гравиметрич. методы определения основаны на выделении А. в виде гидроксида, бензоата, гидроксихинолината и послед. прокаливании их при 1200 °C до Al2O3, который взвешивают. При титриметрич. определении А. при pH 4,5 связывают в комплекс динатриевой солью этилендиаминтетрауксусной кислоты, избыток которой оттитровывают раствором соли Zn. Для количеств. определения А. используют также фотометрич. (с помощью 8-гидроксихинолина, алюминона, эриохромцианина, хромазурола S) и атомно-абсорбционный (с использованием резонансного излучения с длиной волны 309,3 нм) методы анализа.

Применение. А. используют гл. обр. для получения алюминиевых сплавов. Чистый А-конструкц. материал в строительстве жилых и обществ. зданий, с.-х. объектов, в судостроении, для оборудования силовых подстанций и др. Применяют А. также для изготовления кабельных, токопроводящих и др. изделий в электротехнике, корпусов и охладителей диодов, спец. хим. аппаратуры, товаров народного потребления и др. Покрытия из А. наносят на стальные изделия 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 алюминированных стальных лент); плакирование прокаткой (биметаллич. ленты); вакуумное напыление (для алюминирования лент из стали, тканей, бумаги и пластмасс, инструментальных зеркал и др.); электрохим. способ (для получения материалов и изделий с защитно-декоративными свойствами).

А. — в виде порошка и гранул — раскислитель чугуна и стали, восстановитель оксидов при получении металлов (напр., Cr, Mn, Са) и сплавов (напр., ферромолибдена, феррониобия, ферровольфрама) методом алюминотермии, компонент твердых ракетных топлив, пиротехн. составов, ВВ. Алюминиевая пудра и паста — пигменты лакокрасочных материалов; пудра используется также как газообразователь в производстве ячеистых бетонов.

По объему производства А. занимает среди металлов второе место после стали (в развитых капиталистич. странах — 12 млн т в 1980). В строительстве и транспортном машиностроении расходуется приблизительно по 24% чистого А. и его сплавов, в производстве упаковочных материалов и консервных банок — ок. 17%, в электротехнике — ок. 10%, в производстве потребительских товаров-ок. 8%.

Металлич. А. впервые получен в 1825 Х. К. Эрстедом.

Лит.: Беляев А. И., Металлургия легких металлов, 6 изд., М., 1970; Aluminium-Taschenbuch, 13 Aufl., Diisseldorf, 1974.

А. Ф.Белов

Источник: Химическая энциклопедия на Gufo.me


Значения в других словарях

  1. алюминий — -я, м. Химический элемент, серебристо-белый легкий ковкий металл. [От лат. alumen, aluminis — квасцы] Малый академический словарь
  2. алюминий — Al, серебристо-белый металл, химический элемент III группы периодической системы (ат. н. 13, ат. масса 26.98). По распространённости занимает первое место среди металлов. В свободном виде в природе не встречается. Чистый алюминий впервые выделил в 1825... Техника. Современная энциклопедия
  3. Алюминий — (лат. Aluminium) Al, химический элемент III группы периодической системы Менделеева; атомный номер 13, атомная масса 26,9815; серебристо-белый лёгкий металл. Состоит из одного стабильного изотопа 27Al. Историческая справка. Название... Большая советская энциклопедия
  4. алюминий — алюминий , -я Орфографический словарь. Одно Н или два?
  5. алюминий — Алюми́н/ий/. Морфемно-орфографический словарь
  6. алюминий — орф. алюминий, -я Орфографический словарь Лопатина
  7. АЛЮМИНИЙ — АЛЮМИНИЙ (символ Аl), металл серебристо-белого цвета, элемент третьей группы периодической таблицы. Впервые в чистом виде был получен в 1827 г. Наиболее распространенный металл в коре земного шара; главным источником его является руда — боксит. Научно-технический словарь
  8. Алюминий — Al (от лат. alumen — название квасцов, применявшихся в древности как протрава при крашении и дублении * a. aluminium; н. Aluminium; ф. aluminium; и. aluminio), — хим. элемент III группы периодич. системы Mенделеева, ат. н. 13, ат. м. 26,9815. Горная энциклопедия
  9. алюминий — АЛЮМИНИЙ -я; м. [от лат. alumen (aluminis) — квасцы]. Химический элемент (Al), серебристо-белый лёгкий ковкий металл с высокой электропроводностью (применяемый в авиации, электротехнике, строительстве, быту и т.п.). Сульфат алюминия. Сплавы алюминия. Толковый словарь Кузнецова
  10. алюминий — АЛЮМИНИЙ, алюмний м. химич. щелочной металл глиний, основа глинозема, глины; также, как основа ржавчины, железо; а яри — медь. Алюминит м. ископаемое, похожее на квасцы, водный сернокислый глинозем. Алюнит м. ископаемое, весьма близкое к квасцам. Толковый словарь Даля
  11. алюминий — алюминий м. Химический элемент, серебристо-белый лёгкий ковкий металл, широко используемый в промышленности. Толковый словарь Ефремовой
  12. алюминий — АЛЮМ’ИНИЙ, алюминия, мн. нет, ·муж. (от ·лат. alumen — квасцы). Серебристо-белый ковкий легкий металл. Толковый словарь Ушакова
  13. алюминий — Алюминия, мн. нет, м. [от лат. alumen – квасцы]. Серебристо-белый ковкий легкий металл. Большой словарь иностранных слов
  14. АЛЮМИНИЙ — АЛЮМИНИЙ (лат. Aluminium, от alumen — квасцы) — Al, химический элемент III группы периодической системы, атомный номер 13, атомная масса 26,98154. Серебристо-белый металл, легкий (2,7 г/см3) — пластичный, с высокой электропроводностью, tпл 660 °С. Большой энциклопедический словарь
  15. алюминий — АЛЮМИНИЙ, я, м. Химический элемент, серебристо-белый лёгкий ковкий металл, получаемый электролизом глинозёма. | прил. алюминиевый, ая, ое. Толковый словарь Ожегова
  16. Алюминий — Или глиний (хим. обозначение — Al; атомный вес 27,04) — металл, не найденный до сих пор в природе в свободном состоянии; зато в виде соединений, а именно силикатов, элемент этот повсеместно и широко распространен: он входит в состав массы горных пород. Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона