WAS IST ALUMINIUM

Leicht, langlebig, korrosionsbeständig und funktional – diese Kombination von Eigenschaften hat Aluminium zum wichtigsten Konstruktionswerkstoff unserer Zeit gemacht. Aluminium findet sich in den Häusern, in denen wir leben, in Autos, Zügen und Flugzeugen, in denen wir reisen, in Mobiltelefonen und Computern, in Kühlschrankregalen und in modernen Innenräumen. Doch noch vor 200 Jahren war wenig über dieses Metall bekannt.

"Was Jahrhunderte lang unerfüllbar schien, was gestern nur ein gewagter Traum war, wird heute zu einer echten Aufgabe und morgen zu einer Leistung."

Sergej Pawlowitsch Koroljow
Wissenschaftler, Designer, Begründer der praktischen Raumfahrt

Aluminium - silberweißes Metall, 13. Element Periodensystem Mendelejew. Unglaublich, aber wahr: Aluminium ist das häufigste Metall auf der Erde, es macht mehr als 8 % der Gesamtmasse der Erdkruste aus und ist das dritthäufigste Chemisches Element auf unserem Planeten nach Sauerstoff und Silizium.

Aluminium kommt jedoch nicht natürlich vor reiner Form aufgrund seiner hohen chemischen Aktivität. Deshalb haben wir vor relativ kurzer Zeit davon erfahren. Formal wurde Aluminium erst 1824 gewonnen, und bis zur industriellen Produktion verging ein weiteres halbes Jahrhundert.

Aluminium kommt am häufigsten in der Natur in der Zusammensetzung vor Alaun. Dies sind Mineralien, die zwei Salze der Schwefelsäure kombinieren: eines auf Basis eines Alkalimetalls (Lithium, Natrium, Kalium, Rubidium oder Cäsium) und das andere auf Basis eines Metalls der dritten Gruppe des Periodensystems, hauptsächlich Aluminium.

Alaun wird noch heute in der Wasserreinigung, beim Kochen, in der Medizin, in der Kosmetik, in der chemischen und anderen Industrien verwendet. Übrigens hat Aluminium seinen Namen nur dank Alaun erhalten, das auf Latein Alumen hieß.

Korund

Rubine, Saphire, Smaragde und Aquamarine sind Aluminiummineralien.
Die ersten beiden beziehen sich auf Korund - es ist Aluminiumoxid (Al 2 O 3) in kristalliner Form. Es hat eine natürliche Transparenz und ist in Bezug auf die Stärke nur von Diamanten übertroffen. Panzerglas, Bullaugen in Flugzeugen, Smartphone-Bildschirme werden aus Saphir hergestellt.
Und eines der weniger wertvollen Korundmineralien - Schmirgel - wird als Schleifmittel verwendet, unter anderem zum Herstellen von Schleifpapier.

Bis heute sind fast 300 verschiedene Verbindungen und Mineralien des Aluminiums bekannt – vom Feldspat, dem wichtigsten gesteinsbildenden Mineral der Erde, bis hin zu Rubin, Saphir oder Smaragd, die nicht mehr so ​​häufig vorkommen.

Hans Christian Oersted(1777-1851) - Dänischer Physiker, Ehrenmitglied der St. Petersburger Akademie der Wissenschaften (1830). Geboren in der Stadt Rudkörbing in der Familie eines Apothekers. 1797 graduierte er an der Universität Kopenhagen, 1806 wurde er Professor.

Aber egal wie weit verbreitet Aluminium war, seine Entdeckung wurde erst möglich, als Wissenschaftlern ein neues Werkzeug zur Verfügung stand, das es ihnen ermöglicht, komplexe Substanzen in einfache zu spalten - elektrischer Strom.

Und 1824 gewann der dänische Physiker Hans Christian Oersted Aluminium durch Elektrolyse. Es war mit Verunreinigungen von Kalium und Quecksilber verunreinigt chemische Reaktionen Dies war jedoch der erste Fall, in dem Aluminium gewonnen wurde.

Auch heute noch wird Aluminium mittels Elektrolyse hergestellt.

Der Rohstoff für die Aluminiumherstellung ist heute ein weiteres in der Natur vorkommendes Aluminiumerz - Bauxite. Dies ist ein Tongestein, das aus verschiedenen Modifikationen von Aluminiumhydroxid mit einer Beimischung von Oxiden von Eisen, Silizium, Titan, Schwefel, Gallium, Chrom, Vanadium, Carbonatsalzen von Calcium, Eisen und Magnesium besteht - fast die Hälfte des Periodensystems. Im Durchschnitt wird aus 4-5 Tonnen Bauxit 1 Tonne Aluminium hergestellt.

Bauxite

Bauxit wurde 1821 vom Geologen Pierre Berthier in Südfrankreich entdeckt. Die Rasse erhielt ihren Namen zu Ehren des Ortes Les Baux, wo sie gefunden wurde. Etwa 90% der weltweiten Bauxitreserven konzentrieren sich auf die Länder der tropischen und subtropischen Zonen - in Guinea, Australien, Vietnam, Brasilien, Indien und Jamaika.

Aus Bauxit gewonnen Aluminiumoxid. Dabei handelt es sich um Aluminiumoxid Al 2 O 3 , das als weißes Pulver vorliegt und aus dem in Aluminiumwerken durch Elektrolyse Metall hergestellt wird.

Die Aluminiumherstellung erfordert riesige Menge Elektrizität. Für die Produktion von einer Tonne Metall werden rund 15 MWh Energie benötigt – so viel verbraucht ein 100-Wohnhaus einen ganzen Monat lang.Daher ist es am sinnvollsten, Aluminiumhütten in der Nähe von leistungsstarken und erneuerbaren Energiequellen zu errichten. Die beste Lösung - Wasserkraftwerke, die die stärkste aller Arten von "grüner Energie" darstellt.

Eigenschaften von Aluminium

Aluminium hat eine seltene Kombination wertvoller Eigenschaften. Dies ist eines der leichtesten Metalle in der Natur: Es ist fast dreimal leichter als Eisen, aber gleichzeitig stark, extrem dehnbar und korrosionsbeständig, da seine Oberfläche immer mit dem dünnsten, aber sehr starken Oxid bedeckt ist Film. Es ist nicht magnetisch, leitet Strom gut und bildet mit fast allen Metallen Legierungen.

Einfach

Dreimal leichter als Eisen

Dauerhaft

In der Festigkeit vergleichbar mit Stahl

Plastik

Für alle Arten der mechanischen Bearbeitung geeignet

Keine Korrosion

Dünner Oxidfilm schützt vor Korrosion

Aluminium lässt sich leicht durch Druck verarbeiten, sowohl heiß als auch kalt. Es eignet sich zum Rollen, Zeichnen, Stanzen. Aluminium brennt nicht, erfordert keine spezielle Lackierung und ist im Gegensatz zu Kunststoff nicht giftig.

Die Duktilität von Aluminium ist sehr hoch: Bleche mit einer Dicke von bis zu 4 Mikrometern und der dünnste Draht können daraus hergestellt werden. Und ultradünne Aluminiumfolie ist dreimal dünner als ein menschliches Haar. Außerdem ist es im Vergleich zu anderen Metallen und Materialien wirtschaftlicher.

Die hohe Fähigkeit, Verbindungen mit verschiedenen chemischen Elementen einzugehen, hat zu vielen Aluminiumlegierungen geführt. Bereits ein geringer Anteil an Verunreinigungen verändert die Eigenschaften des Metalls erheblich und erschließt neue Anwendungsgebiete. So ist beispielsweise die Kombination von Aluminium mit Silizium und Magnesium im Alltag buchstäblich auf der Straße zu finden – in Form von Gussrädern, Motoren, Fahrwerkselementen und anderen Teilen eines modernen Autos. Und wenn man einer Aluminiumlegierung Zink hinzufügt, dann hält man es vielleicht gerade in den Händen, denn aus dieser Legierung werden Handy- und Tablet-Hüllen hergestellt. In der Zwischenzeit erfinden Wissenschaftler weiterhin neue und neue Aluminiumlegierungen.
Aluminiumreserven
Etwa 75 % des während des gesamten Bestehens der Industrie produzierten Aluminiums werden noch verwendet.

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(Al), Gallium (Ga), Indium (In) und Thallium (Tl).

Wie aus den angegebenen Daten ersichtlich ist, wurden alle diese Elemente geöffnet XIX Jahrhundert.

Entdeckung von Metallen der Hauptuntergruppe III Gruppen

Bor ist ein Nichtmetall. Aluminium ist ein Übergangsmetall, während Gallium, Indium und Thallium Vollmetalle sind. Mit zunehmendem Atomradius der Elemente jeder Gruppe des Periodensystems nehmen also die metallischen Eigenschaften einfacher Substanzen zu.

In diesem Vortrag gehen wir näher auf die Eigenschaften von Aluminium ein.

1. Die Position von Aluminium in der Tabelle von D. I. Mendeleev. Die Struktur des Atoms, die Oxidationsstufen gezeigt.

Das Aluminiumelement befindet sich in III Gruppe, Hauptnebengruppe "A", 3. Periode des Periodensystems, Ordnungsnummer Nr. 13, relative Atommasse Ar (Al ) = 27. Sein Nachbar links in der Tabelle ist Magnesium, ein typisches Metall, und rechts Silizium, das kein Metall mehr ist. Daher muss Aluminium Eigenschaften einer gewissen Zwischenart aufweisen, und seine Verbindungen sind amphoter.

Al +13) 2) 8) 3 , p ist ein Element,

Aluminium weist in Verbindungen eine Oxidationsstufe von +3 auf:

Al 0 - 3 e - → Al +3

2. Physikalische Eigenschaften

Freiformaluminium ist ein silbrig-weißes Metall mit hoher thermischer und elektrischer Leitfähigkeit.Die Schmelztemperatur beträgt 650 ° C. Aluminium hat eine geringe Dichte (2,7 g / cm 3) - etwa dreimal geringer als die von Eisen oder Kupfer, und gleichzeitig ist es ein langlebiges Metall.

3. In der Natur sein

In Bezug auf die Verbreitung in der Natur besetzt es 1. unter den Metallen und 3. unter den Elementen an zweiter Stelle nach Sauerstoff und Silizium. Der Anteil des Aluminiumgehalts in der Erdkruste liegt nach Angaben verschiedener Forscher zwischen 7,45 und 8,14 % der Masse der Erdkruste.

In der Natur kommt Aluminium nur in Verbindungen vor (Mineralien).

Einige von ihnen:

· Bauxite - Al 2 O 3 H 2 O (mit Verunreinigungen SiO 2, Fe 2 O 3, CaCO 3)

· Nepheline - KNa 3 4

· Alunite - KAl(SO 4) 2 2Al(OH) 3

· Tonerde (Mischungen von Kaolinen mit Sand SiO 2, Kalkstein CaCO 3, Magnesit MgCO 3)

· Korund - Al 2 O 3

· Feldspat (Orthoklas) - K 2 O × Al 2 O 3 × 6SiO 2

· Kaolinit - Al 2 O 3 × 2SiO 2 × 2H 2 O

· Alunit - (Na,K) 2 SO 4 × Al 2 (SO 4) 3 × 4Al (OH) 3

· Beryll - 3BeO Al 2 O 3 6SiO 2

4. Chemische Eigenschaften von Aluminium und seinen Verbindungen

Aluminium interagiert unter normalen Bedingungen leicht mit Sauerstoff und ist mit einem Oxidfilm bedeckt (ergibt ein mattes Aussehen).

DEMONSTRATION VON OXIDFILM

Seine Dicke beträgt 0,00001 mm, aber dank ihm korrodiert Aluminium nicht. Um die chemischen Eigenschaften von Aluminium zu untersuchen, wird die Oxidschicht entfernt. (Mit Sandpapier oder chemisch: zuerst durch Eintauchen in eine Alkalilösung, um den Oxidfilm zu entfernen, und dann in eine Lösung von Quecksilbersalzen, um eine Aluminium-Quecksilber-Legierung zu bilden - ein Amalgam).

ICH. Interaktion mit einfachen Substanzen

Aluminium reagiert bereits bei Raumtemperatur aktiv mit allen Halogenen und bildet Halogenide. Beim Erhitzen interagiert es mit Schwefel (200 °C), Stickstoff (800 °C), Phosphor (500 °C) und Kohlenstoff (2000 °C), mit Jod in Gegenwart eines Katalysators – Wasser:

2A l + 3 S \u003d A l 2 S 3 (Aluminiumsulfid),

2A l + N 2 \u003d 2A lN (Aluminiumnitrid),

A l + P = A l P (Aluminiumphosphid),

4A l + 3C \u003d A l 4 C 3 (Aluminiumcarbid).

2 Al +3 Ich 2 \u003d 2 Al I 3 (Aluminiumiodid) ERFAHRUNG

Alle diese Verbindungen werden vollständig unter Bildung von Aluminiumhydroxid und dementsprechend Schwefelwasserstoff, Ammoniak, Phosphin und Methan hydrolysiert:

Al 2 S 3 + 6H 2 O \u003d 2Al (OH) 3 + 3H 2 S

Al 4 C 3 + 12H 2 O \u003d 4Al (OH) 3 + 3CH 4

In Form von Spänen oder Pulver brennt es hell an der Luft und setzt dabei eine große Menge Wärme frei:

4A l + 3 O 2 \u003d 2A l 2 O 3 + 1676 kJ.

VERBRENNUNG VON ALUMINIUM IN DER LUFT

ERFAHRUNG

II. Interaktion mit komplexen Substanzen

Wechselwirkung mit Wasser :

2 Al + 6 H 2 O \u003d 2 Al (OH) 3 + 3 H 2

ohne Oxidschicht

ERFAHRUNG

Wechselwirkung mit Metalloxiden:

Aluminium ist ein gutes Reduktionsmittel, da es zu den aktiven Metallen gehört. Es steht in der Aktivitätsreihe direkt hinter den Erdalkalimetallen. Deshalb stellt Metalle aus ihren Oxiden wieder her . Eine solche Reaktion - Aluminothermie - wird verwendet, um reine seltene Metalle wie Wolfram, Vanadium usw. zu erhalten.

3 Fe 3 O 4 +8 Al \u003d 4 Al 2 O 3 +9 Fe + Q

Beim Thermitschweißen wird auch eine Thermitmischung aus Fe 3 O 4 und Al (Pulver) verwendet.

C r 2 O 3 + 2 A l \u003d 2 C r + A l 2 O 3

Wechselwirkung mit Säuren :

Mit einer Schwefelsäurelösung: 2 Al + 3 H 2 SO 4 \u003d Al 2 (SO 4) 3 +3 H 2

Es reagiert nicht mit kalter konzentrierter Schwefel- und Stickstoffsäure (Passivate). Daher wird Salpetersäure in Aluminiumtanks transportiert. Beim Erhitzen ist Aluminium in der Lage, diese Säuren zu reduzieren, ohne Wasserstoff freizusetzen:

2A l + 6H 2 S O 4 (Konz) \u003d A l 2 (S O 4) 3 + 3 S O 2 + 6 H 2 O,

Al + 6H NO 3 (Konz) \u003d Al (NO 3) 3 + 3 NO 2 + 3H 2 O.

Wechselwirkung mit Alkalien .

2 Al + 2 NaOH + 6 H 2 O \u003d 2 Na [ Al(OH)4 ] +3H2

ERFAHRUNG

N / A[Al(OH) 4] – Natriumtetrahydroxoaluminat

Auf Anregung des Chemikers Gorbov wurde diese Reaktion während des Russisch-Japanischen Krieges zur Herstellung von Wasserstoff für Ballons genutzt.

Mit Salzlösungen:

2 Al + 3 CuSO 4 \u003d Al 2 (SO 4) 3 + 3 Cu

Wenn die Oberfläche von Aluminium mit Quecksilbersalz gerieben wird, tritt folgende Reaktion auf:

2 Al + 3 HgCl 2 = 2 AlCl 3 + 3 hg

Freigesetztes Quecksilber löst Aluminium auf und bildet ein Amalgam .

Nachweis von Aluminiumionen in Lösungen : ERFAHRUNG

5. Anwendung von Aluminium und seinen Verbindungen

Die physikalischen und chemischen Eigenschaften von Aluminium haben zu seiner weit verbreiteten Verwendung in der Technologie geführt. Die Luftfahrtindustrie ist ein bedeutender Verbraucher von Aluminium.: 2/3 Flugzeuge bestehen aus Aluminium und seinen Legierungen. Ein Flugzeug aus Stahl wäre zu schwer und könnte viel weniger Passagiere befördern. Daher wird Aluminium das geflügelte Metall genannt. Kabel und Leitungen bestehen aus Aluminium: Bei gleicher elektrischer Leitfähigkeit ist ihre Masse 2-mal geringer als die der entsprechenden Kupferprodukte.

In Anbetracht der Korrosionsbeständigkeit von Aluminium ist es Herstellung von Teilen von Apparaten und Behältern für Salpetersäure. Aluminiumpulver ist die Grundlage für die Herstellung von Silberfarbe zum Schutz von Eisenprodukten vor Korrosion sowie zum Reflektieren von Wärmestrahlen. Diese Farbe wird zum Abdecken von Öllagern und Feuerwehranzügen verwendet.

Aluminiumoxid wird zur Herstellung von Aluminium und auch als Feuerfestmaterial verwendet.

Aluminiumhydroxid ist der Hauptbestandteil der bekannten Medikamente Maalox, Almagel, die den Säuregehalt von Magensaft senken.

Aluminiumsalze werden stark hydrolysiert. Diese Eigenschaft wird bei der Wasserreinigung genutzt. Zur Neutralisation der entstehenden Säure wird dem zu reinigenden Wasser Aluminiumsulfat und eine geringe Menge gelöschter Kalk zugesetzt. Als Ergebnis wird ein volumetrischer Niederschlag von Aluminiumhydroxid freigesetzt, der beim Absetzen suspendierte Trübungspartikel und Bakterien mit sich nimmt.

Somit ist Aluminiumsulfat ein Gerinnungsmittel.

6. Gewinnung von Aluminium

1) Das moderne kostengünstige Verfahren zur Herstellung von Aluminium wurde 1886 von dem Amerikaner Hall und dem Franzosen Héroux erfunden. Es besteht aus der Elektrolyse einer Lösung von Aluminiumoxid in geschmolzenem Kryolith. Geschmolzenes Kryolith Na 3 AlF 6 löst Al 2 O 3 wie Wasser Zucker auflöst. Die Elektrolyse einer "Lösung" von Aluminiumoxid in geschmolzenem Kryolith läuft ab, als ob Kryolith nur ein Lösungsmittel und Aluminiumoxid ein Elektrolyt wäre.

2Al 2 O 3 elektrischer Strom → 4Al + 3O 2

In der englischen Enzyklopädie für Jungen und Mädchen beginnt ein Artikel über Aluminium mit den folgenden Worten: „Am 23. Februar 1886 begann ein neues Metallzeitalter in der Geschichte der Zivilisation – das Zeitalter des Aluminiums. An diesem Tag erschien Charles Hall, ein 22-jähriger Chemiker, im Labor seines ersten Lehrers mit einem Dutzend kleiner Kugeln aus silbrig-weißem Aluminium in der Hand und mit der Nachricht, dass er einen Weg gefunden hatte, dieses Metall herzustellen günstig und in großen Mengen. So wurde Hall zum Begründer der amerikanischen Aluminiumindustrie und zum angelsächsischen Nationalhelden, als Mann, der aus der Wissenschaft ein großes Geschäft machte.

2) 2 Al 2 O 3 + 3 C \u003d 4 Al + 3 CO 2

DAS IST INTERESSANT:

• Metallisches Aluminium wurde erstmals 1825 von dem dänischen Physiker Hans Christian Oersted isoliert. Indem er gasförmiges Chlor durch eine Schicht aus heißem, mit Kohle gemischtem Aluminiumoxid leitete, isolierte Oersted Aluminiumchlorid ohne die geringste Spur von Feuchtigkeit. Um metallisches Aluminium wiederherzustellen, musste Oersted Aluminiumchlorid mit Kaliumamalgam behandeln. Nach 2 Jahren der deutsche Chemiker Friedrich Wöller. Er verbesserte die Methode, indem er Kaliumamalgam durch reines Kalium ersetzte.
• Im 18. und 19. Jahrhundert war Aluminium das wichtigste Schmuckmetall. 1889 erhielt D. I. Mendeleev in London ein wertvolles Geschenk für seine Verdienste um die Entwicklung der Chemie - Waagen aus Gold und Aluminium.
• Bis 1855 hatte der französische Wissenschaftler Saint-Clair Deville ein Verfahren zur Herstellung von Aluminiummetall im industriellen Maßstab entwickelt. Aber die Methode war sehr teuer. Deville genoss die besondere Schirmherrschaft von Napoleon III., Kaiser von Frankreich. Als Zeichen seiner Hingabe und Dankbarkeit fertigte Deville für Napoleons Sohn, den neugeborenen Prinzen, eine elegant gravierte Rassel an – das erste „Konsumprodukt“ aus Aluminium. Napoleon beabsichtigte sogar, seine Gardisten mit Aluminiumkürassen auszustatten, aber der Preis war unerschwinglich. 1 kg Aluminium kostete damals 1000 Mark, d.h. 5 mal teurer als Silber. Erst mit der Erfindung des Elektrolyseverfahrens wurde Aluminium so wertvoll wie herkömmliche Metalle.
• Wussten Sie, dass Aluminium, das in den menschlichen Körper gelangt, eine Störung des Nervensystems verursacht, wenn es im Überschuss vorhanden ist, wird der Stoffwechsel gestört. Und Schutzmittel sind Vitamin C, Calcium, Zinkverbindungen.
• Wenn Aluminium in Sauerstoff und Fluor verbrennt, wird viel Wärme freigesetzt. Daher wird es als Zusatz zum Raketentreibstoff verwendet. Die Saturn-Rakete verbrennt während ihres Fluges 36 Tonnen Aluminiumpulver. Die Idee, Metalle als Bestandteil von Raketentreibstoff zu verwenden, wurde erstmals von F. A. Zander vorgeschlagen.

SIMULATOREN

Simulator Nr. 1 - Eigenschaften von Aluminium nach Position im Periodensystem der Elemente von D. I. Mendeleev

Simulator Nr. 2 - Gleichungen für die Reaktionen von Aluminium mit einfachen und komplexen Substanzen

Simulator Nr. 3 - Chemische Eigenschaften von Aluminium

AUFGABEN ZUR VERSTÄRKUNG

Nr. 1. Um Aluminium aus Aluminiumchlorid zu gewinnen, kann Calciummetall als Reduktionsmittel verwendet werden. Stellen Sie eine Gleichung für diese chemische Reaktion auf, charakterisieren Sie diesen Prozess mit einer elektronischen Waage.
Denken! Warum kann diese Reaktion nicht in wässriger Lösung durchgeführt werden?

Nr. 2. Vervollständigen Sie die Gleichungen chemischer Reaktionen:
Al + H 2 SO 4 (Lösung ) ->
Al + CuCl 2 ->
Al + HNO 3 ( Konz )-t ->
Al + NaOH + H 2 O ->

Nr. 3. Transformationen durchführen:
Al -> AlCl 3 -> Al -> Al 2 S 3 -> Al(OH) 3 – t -> Al 2 O 3 -> Al

Nummer 4. Das Problem lösen:
Eine Aluminium-Kupfer-Legierung wurde während des Erhitzens einem Überschuss an konzentrierter Natronlauge ausgesetzt. 2,24 Liter Gas (n.a.g.) wurden freigesetzt. Berechnen Sie die prozentuale Zusammensetzung der Legierung, wenn ihre Gesamtmasse 10 g beträgt?

Aluminium- ein Element der Hauptuntergruppe der dritten Gruppe der dritten Periode des Periodensystems der chemischen Elemente von D. I. Mendeleev, Ordnungszahl 13. Es wird mit dem Symbol Al (Aluminium) bezeichnet. Gehört zur Gruppe der Leichtmetalle. Das häufigste Metall und das dritthäufigste (nach Sauerstoff und Silizium) chemische Element in der Erdkruste.

Die einfache Substanz Aluminium (CAS-Nummer: 7429-90-5) ist ein leichtes, paramagnetisches silberweißes Metall, leicht formbar, gießbar, Bearbeitung. Aluminium hat eine hohe thermische und elektrische Leitfähigkeit, Korrosionsbeständigkeit aufgrund schnelle Bildung dauerhafte Oxidfilme, die die Oberfläche vor weiterer Wechselwirkung schützen.

Für einige biologische Forschung Die Aufnahme von Aluminium in den menschlichen Körper wurde als Faktor für die Entstehung der Alzheimer-Krankheit angesehen, aber diese Studien wurden später kritisiert und die Schlussfolgerung über den Zusammenhang des einen mit dem anderen widerlegt.

Geschichte

Aluminium wurde erstmals 1825 von Hans Oersted durch Einwirkung von Kaliumamalgam auf Aluminiumchlorid und anschließender Destillation von Quecksilber gewonnen.

Erhalt

Moderne Methode Empfang wurde unabhängig voneinander von dem Amerikaner Charles Hall und dem Franzosen Paul Héroux entwickelt. Es besteht aus der Auflösung von Aluminiumoxid Al 2 O 3 in einer Schmelze von Kryolith Na 3 AlF 6 und anschließender Elektrolyse mit Graphitelektroden. Diese Gewinnungsmethode benötigt viel Strom und war daher erst im 20. Jahrhundert gefragt.

Für die Herstellung von 1 Tonne Rohaluminium werden 1,920 Tonnen Tonerde, 0,065 Tonnen Kryolith, 0,035 Tonnen Aluminiumfluorid, 0,600 Tonnen Anodenmasse und 17 Tsd. kWh Gleichstrom benötigt.

Physikalische Eigenschaften

Silberweißes Metall, leicht, Dichte - 2,7 g / cm³, Schmelzpunkt für technisches Aluminium - 658 ° C, für hochreines Aluminium - 660 ° C, spezifische Schmelzwärme - 390 kJ / kg, Siedepunkt - 2500 ° C , spezifische Verdampfungswärme - 10,53 MJ / kg, Zugfestigkeit von Aluminiumguss - 10-12 kg / mm², verformbar - 18-25 kg / mm², Legierungen - 38-42 kg / mm².

Brinellhärte - 24-32 kgf / mm², hohe Duktilität: technisch - 35%, sauber - 50%, zu einem dünnen Blatt und einer gleichmäßigen Folie gerollt.

Aluminium hat eine hohe elektrische und thermische Leitfähigkeit, 65% der elektrischen Leitfähigkeit von Kupfer, hat ein hohes Lichtreflexionsvermögen.

Aluminium bildet mit fast allen Metallen Legierungen.

In der Natur sein

Natürliches Aluminium besteht fast ausschließlich aus einem einzigen stabilen Isotop, 27Al, mit Spuren von 26Al, einem radioaktiven Isotop mit einer Halbwertszeit von 720.000 Jahren, das in der Atmosphäre durch Bombardierung von Atomkernen entsteht. Argon Protonen der kosmischen Strahlung.

Hinsichtlich der Verbreitung in der Natur nimmt es unter den Metallen den 1. Platz und unter den Elementen den 3. Platz ein, nach Sauerstoff und Silizium. Der Anteil des Aluminiumgehalts in der Erdkruste liegt nach Angaben verschiedener Forscher zwischen 7,45 und 8,14 % der Masse der Erdkruste.

In der Natur kommt Aluminium nur in Verbindungen (Mineralien) vor. Einige von ihnen:

• Bauxite - Al 2 O 3. H 2 O (mit Verunreinigungen SiO 2, Fe 2 O 3, CaCO 3)
• Nepheline - KNa 3 4
• Alunite - KAl (SO 4) 2. 2Al(OH)3
• Tonerde (Mischungen von Kaolinen mit Sand SiO 2, Kalkstein CaCO 3, Magnesit MgCO 3)
• Korund - Al 2 O 3
• Feldspat (Orthoklas) - K 2 O × Al 2 O 3 × 6SiO 2
• Kaolinit - Al 2 O 3 × 2SiO 2 × 2H 2 O
• Alunit - (Na,K) 2 SO 4 × Al 2 (SO 4) 3 × 4Al (OH) 3
• Beryll - 3BeO. Al 2 O 3 . 6SiO2

In natürlichen Gewässern kommt Aluminium in wenig toxischer Form vor Chemische Komponenten wie Aluminiumfluorid. Die Art des Kations oder Anions hängt in erster Linie von der Acidität des wässrigen Mediums ab. Aluminiumkonzentrationen in der Oberfläche Wasserteilchen Russland reicht von 0,001 bis 10 mg/l.

Chemische Eigenschaften

Aluminiumhydroxid

Unter normalen Bedingungen ist Aluminium mit einem dünnen und starken Oxidfilm bedeckt und reagiert daher nicht mit klassischen Oxidationsmitteln: mit H 2 O (t °); O 2, HNO 3 (ohne Erhitzen). Aus diesem Grund unterliegt Aluminium praktisch keiner Korrosion und wird daher von der modernen Industrie stark nachgefragt. Bei Zerstörung des Oxidfilms (z. B. bei Kontakt mit Lösungen von Ammoniumsalzen NH 4 + , heißen Alkalien oder durch Amalgamierung) wirkt Aluminium jedoch als reduzierendes Metall.

Reagiert leicht mit einfachen Substanzen:

• mit Sauerstoff: 4Al + 3O 2 = 2Al 2 O 3
• mit Halogenen: 2Al + 3Br 2 = 2AlBr 3
• reagiert beim Erhitzen mit anderen Nichtmetallen:
  • mit Schwefel unter Bildung von Aluminiumsulfid: 2Al + 3S = Al 2 S 3
  • mit Stickstoff unter Bildung von Aluminiumnitrid: 2Al + N 2 = 2AlN
  • mit Kohlenstoff, Bildung von Aluminiumcarbid: 4Al + 3C \u003d Al 4 C 3

Das fast zeitgleich von Charles Hall in Frankreich und Paul Héroux in den USA im Jahr 1886 erfundene Verfahren, das auf der Herstellung von Aluminium durch Elektrolyse von in geschmolzenem Kryolith gelöstem Aluminiumoxid basiert, legte den Grundstein für moderner Weg Aluminiumproduktion. Seitdem hat sich im Zusammenhang mit der Verbesserung der Elektrotechnik die Aluminiumproduktion verbessert. Einen wesentlichen Beitrag zur Entwicklung der Aluminiumoxidproduktion leisteten die russischen Wissenschaftler K. I. Bayer, D. A. Penyakov, A. N. Kuznetsov, E. I. Zhukovsky, A. A. Yakovkin und andere.

Das erste Aluminiumwerk Russlands wurde 1932 in Wolchow errichtet. Die metallurgische Industrie der UdSSR produzierte 1939 47,7 Tausend Tonnen Aluminium, weitere 2,2 Tausend Tonnen wurden importiert.

In Russland ist JSC Russian Aluminium das eigentliche Monopol in der Aluminiumproduktion, das etwa 13 % des Weltmarktes für Aluminium und 16 % des Aluminiumoxids ausmacht.

Die weltweiten Bauxitreserven sind praktisch unbegrenzt, dh sie sind mit der Nachfragedynamik nicht vergleichbar. Bestehende Kapazitäten können bis zu 44,3 Millionen Tonnen produzieren Primäraluminium Im Jahr. Zu berücksichtigen ist auch, dass in Zukunft einige der Aluminiumanwendungen auf den Einsatz von beispielsweise Verbundwerkstoffen umorientiert werden könnten.

Anwendung

Ein Stück Aluminium und eine amerikanische Münze.

Weit verbreitet als Konstruktionsmaterial. Die Hauptvorteile von Aluminium in dieser Eigenschaft sind Leichtigkeit, Duktilität zum Stanzen, Korrosionsbeständigkeit (in Luft wird Aluminium sofort mit einem starken Al 2 O 3 -Film bedeckt, der seine weitere Oxidation verhindert), hohe Wärmeleitfähigkeit, Ungiftigkeit Verbindungen. Insbesondere diese Eigenschaften haben Aluminium bei der Herstellung von Kochgeschirr, Alufolie, sehr beliebt gemacht Nahrungsmittelindustrie und zum Verpacken.

Der Hauptnachteil von Aluminium als Konstruktionsmaterial ist seine geringe Festigkeit, daher wird es normalerweise mit einer geringen Menge Kupfer und Magnesium legiert - Duraluminium-Legierung.

Die elektrische Leitfähigkeit von Aluminium ist nur 1,7-mal geringer als die von Kupfer, während Aluminium etwa 2-mal billiger ist. Daher wird es in der Elektrotechnik häufig zur Herstellung von Drähten, deren Abschirmung und sogar in der Mikroelektronik zur Herstellung von Leitern in Chips verwendet. Die geringere elektrische Leitfähigkeit von Aluminium (37 1/Ohm) im Vergleich zu Kupfer (63 1/Ohm) wird durch eine Querschnittserhöhung von Aluminiumleitern kompensiert. Der Nachteil von Aluminium als Elektromaterial ist eine starke Oxidschicht, die das Löten erschwert.

• Aufgrund der komplexen Eigenschaften wird es häufig in thermischen Geräten eingesetzt.
• Aluminium und seine Legierungen behalten ihre Festigkeit bei ultraniedrigen Temperaturen. Aus diesem Grund wird es in der Tieftemperaturtechnologie häufig verwendet.
• Das hohe Reflexionsvermögen, kombiniert mit den niedrigen Kosten und der einfachen Abscheidung, macht Aluminium zu einem idealen Material für die Herstellung von Spiegeln.
• Bei der Herstellung von Baustoffen als Gasbildner.
• Die Aluminierung verleiht Stahl und anderen Legierungen, wie Ventilen von Kolbenmotoren, Turbinenschaufeln, Ölplattformen, Wärmetauscherausrüstung, Korrosions- und Zunderbeständigkeit und ersetzt auch die Verzinkung.
• Aluminiumsulfid wird zur Herstellung von Schwefelwasserstoff verwendet.
• Es wird daran geforscht, geschäumtes Aluminium als besonders starkes und leichtes Material zu entwickeln.

Als Restaurator

• Als Bestandteil von Thermit, Mischungen für die Aluminothermie
• Aluminium wird verwendet, um seltene Metalle aus ihren Oxiden oder Halogeniden zurückzugewinnen.

Legierungen auf Aluminiumbasis

Als Konstruktionswerkstoff wird meist nicht reines Aluminium verwendet, sondern verschiedene darauf basierende Legierungen.

— Aluminium-Magnesium-Legierungen haben eine hohe Korrosionsbeständigkeit und sind gut schweißbar; Sie stellen beispielsweise die Rümpfe von Hochgeschwindigkeitsschiffen her.

- Aluminium-Mangan-Legierungen ähneln in vielerlei Hinsicht Aluminium-Magnesium-Legierungen.

- Aluminium-Kupfer-Legierungen (insbesondere Duraluminium) können wärmebehandelt werden, was ihre Festigkeit erheblich erhöht. Leider können wärmebehandelte Materialien nicht geschweißt werden, daher werden Flugzeugteile immer noch mit Nieten verbunden. Eine Legierung mit einem höheren Kupfergehalt ist Gold farblich sehr ähnlich und wird manchmal verwendet, um letzteres zu imitieren.

— Aluminium-Silizium-Legierungen (Silumine) eignen sich am besten zum Gießen. Fälle verschiedener Mechanismen werden oft von ihnen gegossen.

— Komplexe Legierungen auf Aluminiumbasis: avial.

- Aluminium geht bei einer Temperatur von 1,2 Kelvin in einen supraleitenden Zustand über.

Aluminium als Zusatz in anderen Legierungen

Aluminium ist ein wichtiger Bestandteil vieler Legierungen. Beispielsweise sind in Aluminiumbronzen die Hauptbestandteile Kupfer und Aluminium. In Magnesiumlegierungen wird am häufigsten Aluminium als Zusatz verwendet. Für die Herstellung von Spiralen in elektrischen Heizungen wird Fechral (Fe, Cr, Al) (zusammen mit anderen Legierungen) verwendet.

Schmuck

Als Aluminium sehr teuer war, wurde eine Vielzahl von Schmuckstücken daraus hergestellt. Die Mode für sie verging sofort, als neue Technologien für ihre Herstellung auftauchten, die die Kosten um ein Vielfaches senkten. Jetzt wird Aluminium manchmal bei der Herstellung von Schmuck verwendet.

Glasherstellung

Fluorid, Phosphat und Aluminiumoxid werden in der Glasherstellung verwendet.

Lebensmittelindustrie

Aluminium ist registriert als Lebensmittelzusatzstoff E173.

Aluminium und seine Verbindungen in der Raketentechnik

Aluminium und seine Verbindungen werden als Hochleistungs-Treibmittel in Zweikomponenten-Treibmitteln und als Treibmittel in Festtreibmitteln verwendet. Als Raketentreibstoff sind folgende Aluminiumverbindungen von größtem praktischem Interesse:

— Aluminium: Brennstoff in Raketentreibstoffen. Es wird in Form von Pulver und Suspensionen in Kohlenwasserstoffen usw. verwendet.
— Aluminiumhydrid
— Aluminiumboran
— Trimethylaluminium
— Triethylaluminium
— Tripropylaluminium

Theoretische Eigenschaften von Kraftstoffen aus Aluminiumhydrid mit verschiedenen Oxidationsmitteln.

Aluminium in der Weltkultur

Der Dichter Andrei Voznesensky schrieb 1959 das Gedicht "Herbst", in dem er Aluminium als künstlerisches Bild verwendete:
... Und vor dem Fenster im jungen Rauhreif
Aluminiumfelder liegen ...

Viktor Tsoi schrieb das Lied "Aluminum Cucumbers" mit dem Refrain:
Aluminiumgurken pflanzen
Auf einem Leinwandfeld
Ich pflanze Aluminiumgurken
Auf einem Leinwandfeld

Toxizität

Es wirkt leicht toxisch, viele wasserlösliche anorganische Aluminiumverbindungen bleiben jedoch in gelöstem Zustand. lange Zeit und liefern kann schädliche Wirkung auf Menschen und Warmblüter durch Wasser trinken. Die giftigsten sind Chloride, Nitrate, Acetate, Sulfate usw. Für den Menschen haben die folgenden Dosen von Aluminiumverbindungen (mg/kg Körpergewicht) bei Einnahme eine toxische Wirkung: Aluminiumacetat - 0,2-0,4; Aluminiumhydroxid - 3,7-7,3; Aluminiumalaun - 2.9. Wirkt in erster Linie auf nervöses System(sammelt sich in Nervengewebe was zu schwerer ZNS-Dysfunktion führt). Die neurotoxische Eigenschaft von Aluminium wird jedoch seit Mitte der 1960er Jahre untersucht, da die Akkumulation des Metalls im menschlichen Körper durch den Mechanismus seiner Ausscheidung behindert wird. Unter normalen Bedingungen können bis zu 15 mg eines Elements pro Tag mit dem Urin ausgeschieden werden. Dementsprechend wird der größte negative Effekt bei Menschen mit Beeinträchtigung beobachtet Ausscheidungsfunktion Nieren.

Weitere Informationen

— Aluminiumhydroxid
— Enzyklopädie über Aluminium
– Aluminiumverbindungen
— Internationales Institut Aluminium

Aluminium, Al (13)

Aluminiumhaltige Bindemittel sind seit der Antike bekannt. Unter Alaun (lat. Alumen oder Alumin, deutsch Alaun), das insbesondere von Plinius erwähnt wird, wurden jedoch in der Antike und im Mittelalter verschiedene Stoffe verstanden. In Roelands Dictionary of Alchemy steht das Wort Alumen mit dem Zusatz verschiedene Definitionen wird in 34 Werten angegeben. Insbesondere bedeutete es Antimon, Alumen alafuri - alkalisches Salz, Alumen Alcori - Nitrum oder alkalischer Alaun, Alumen creptum - Weinstein (Weinstein) von gutem Wein, Alumen fascioli - Alkali, Alumen odig - Ammoniak, Alumen scoriole - Gips usw. Lemery , der Autor des bekannten „Dictionary of Simple Apothecary Products“ (1716), gibt auch eine große Liste von Sorten von Alaun.

Bis ins 18. Jahrhundert Aluminiumverbindungen (Alaun und Oxid) konnten nicht von anderen Verbindungen mit ähnlichem Aussehen unterschieden werden. Lemery beschreibt den Alaun wie folgt: „In 1754 r. Marggraf trennte aus der Alaunlösung (durch Einwirkung von Alkali) einen Niederschlag von Aluminiumoxid, den er "Tonerde" (Alaunerde) nannte, und stellte seinen Unterschied zu anderen Ländern fest. Bald hieß die Alaunerde Tonerde (Alumina oder Alumine). 1782 schlug Lavoisier vor, dass Aluminiumoxid ein Oxid eines unbekannten Elements ist. In der „Tabelle der einfachen Körper“ ordnete Lavoisier Tonerde unter „einfache Körper, salzbildend, erdig“ ein. Auch hier werden Synonyme für den Namen Tonerde genannt: Ton, Alaun. Erde, Basis von Alaun. Das Wort Argyla oder Argilla stammt, wie Lemery in seinem Wörterbuch betont, aus dem Griechischen. Töpferton. Dalton gibt in seinem "New System of Chemical Philosophy" ein besonderes Zeichen für Aluminiumoxid und eine komplexe Struktur(!)formel für Alaun.

Nach der Entdeckung der Alkalimetalle mittels galvanischer Elektrizität versuchten Davy und Berzelius erfolglos, Aluminiummetall auf die gleiche Weise von Tonerde zu isolieren. Erst 1825 wurde das Problem vom dänischen Physiker Oersted gelöst auf chemischem Weg. Er leitete Chlor durch eine heiße Mischung aus Aluminiumoxid und Kohle, und das resultierende wasserfreie Aluminiumchlorid wurde mit Kaliumamalgam erhitzt. Nach dem Verdampfen von Quecksilber, schreibt Oersted, wurde ein Metall erhalten, das dem Zinn ähnelt. Schließlich isolierte Wehler 1827 metallisches Aluminium mehr effektiver Weg- Erhitzen von wasserfreiem Aluminiumchlorid mit Kaliummetall.

Um 1807 gab Davy, der versuchte, die Elektrolyse von Aluminiumoxid durchzuführen, den Namen des darin vermuteten Metalls Aluminium (Alumium) oder Aluminium (Aluminium) an. Der Nachname hat sich inzwischen in den USA eingebürgert, während in England und anderen Ländern der später von demselben Davy vorgeschlagene Name Aluminium (Aluminium) übernommen wurde. Es ist ziemlich klar, dass alle diese Namen vom lateinischen Wort alum (Alumen) abstammen, über dessen Herkunft es aufgrund der Zeugnisse verschiedener Autoren seit der Antike unterschiedliche Meinungen gibt.

A. M. Vasiliev, der auf den unklaren Ursprung dieses Wortes hinweist, zitiert die Meinung eines bestimmten Isidor (offensichtlich Isidor von Sevilla, ein Bischof, der in den Jahren 560 - 636 lebte, ein Enzyklopädist, der sich insbesondere mit etymologischen Studien beschäftigte): „Alumen ist Lumen genannt, also wie es Farben Lumen (Licht, Helligkeit) verleiht, wenn es beim Färben hinzugefügt wird. Diese Erklärung, obwohl sehr alt, beweist jedoch nicht, dass das Wort Alumen einen solchen Ursprung hat. Nur eine zufällige Tautologie ist hier durchaus möglich. Lemery (1716) wiederum weist darauf hin, dass das Wort alumen mit dem Griechischen (halmi) verwandt ist und Salzgehalt, Sole, Sole usw. bedeutet.

Russische Aluminiumnamen in den ersten Jahrzehnten des 19. Jahrhunderts. Recht unterschiedlich. Jeder der Autoren von Büchern über Chemie dieser Zeit versuchte offensichtlich, seinen eigenen Namen anzubieten. So nennt Zakharov Aluminiumtonerde (1810), Giese - Aluminium (1813), Strakhov - Alaun (1825), Iovsky - Tongehalt, Shcheglov - Tonerde (1830). Im Dvigubsky Store (1822-1830) wird Aluminiumoxid als Aluminiumoxid, Aluminiumoxid, Aluminiumoxid (z. B. Phosphorsäure-Aluminiumoxid) und das Metall als Aluminium und Aluminium (1824) bezeichnet. Hess verwendet in der ersten Ausgabe von The Foundations of Pure Chemistry (1831) den Namen Aluminiumoxid (Aluminium) und in der fünften Ausgabe (1840) - Tone. Allerdings bildet er die Namen für Salze in Anlehnung an den Begriff Tonerde, beispielsweise Tonerdesulfat. Mendelejew verwendet in der ersten Ausgabe von Fundamentals of Chemistry (1871) die Namen Aluminium und Clay, in späteren Ausgaben findet sich das Wort Clay nicht mehr.

Physikalische Eigenschaften von Aluminium

Aluminium ist ein weiches, leichtes, silbrig-weißes Metall mit hoher thermischer und elektrischer Leitfähigkeit. Schmelzpunkt 660°C.

Hinsichtlich der Verbreitung in der Erdkruste belegt Aluminium nach Sauerstoff und Silizium den 3. Platz unter allen Atomen und den 1. Platz unter den Metallen.

Zu den Vorteilen von Aluminium und seinen Legierungen gehören seine geringe Dichte (2,7 g/cm3), relativ hohe Festigkeitseigenschaften, gute thermische und elektrische Leitfähigkeit, Herstellbarkeit und hohe Korrosionsbeständigkeit. Die Kombination dieser Eigenschaften ermöglicht es, Aluminium als einen der wichtigsten technischen Werkstoffe einzuordnen.

Aluminium und seine Legierungen werden nach dem Herstellungsverfahren in verformbare, einer Druckbehandlung und Gießerei unterzogene, in Form von geformten Gussstücken verwendete; über den Einsatz von Wärmebehandlung - auf thermisch nicht gehärtete und thermisch gehärtete sowie auf Legierungssysteme.

Erhalt

Aluminium wurde erstmals 1825 von Hans Oersted gewonnen. Die moderne Gewinnungsmethode wurde unabhängig voneinander von dem Amerikaner Charles Hall und dem Franzosen Paul Héroux entwickelt. Es besteht aus der Auflösung von Aluminiumoxid Al2O3 in einer Schmelze von Na3AlF6-Kryolith, gefolgt von einer Elektrolyse unter Verwendung von Graphitelektroden. Diese Gewinnungsmethode benötigt viel Strom und war daher erst im 20. Jahrhundert gefragt.

Anwendung

Aluminium ist weit verbreitet als Strukturmaterial. Die Hauptvorteile von Aluminium in dieser Qualität sind Leichtigkeit, Duktilität zum Stanzen, Korrosionsbeständigkeit (in Luft wird Aluminium sofort mit einem starken Al2O3-Film bedeckt, der seine weitere Oxidation verhindert), hohe Wärmeleitfähigkeit, Ungiftigkeit seiner Verbindungen. Diese Eigenschaften haben Aluminium insbesondere bei der Herstellung von Kochgeschirr, Aluminiumfolie in der Lebensmittelindustrie und für Verpackungen sehr beliebt gemacht.

Der Hauptnachteil von Aluminium als Konstruktionsmaterial ist seine geringe Festigkeit, daher wird es normalerweise mit einer kleinen Menge Kupfer und Magnesium legiert (die Legierung heißt Duraluminium).

Die elektrische Leitfähigkeit von Aluminium ist vergleichbar mit Kupfer, während Aluminium billiger ist. Daher wird es in der Elektrotechnik häufig zur Herstellung von Drähten, deren Abschirmung und sogar in der Mikroelektronik zur Herstellung von Leitern in Chips verwendet. Zwar hat Aluminium als Elektromaterial eine unangenehme Eigenschaft - aufgrund der starken Oxidschicht ist es schwierig, es zu löten.

Aufgrund der komplexen Eigenschaften wird es häufig in thermischen Geräten eingesetzt.

Die Einführung von Aluminiumlegierungen im Bauwesen reduziert den Metallverbrauch, erhöht die Haltbarkeit und Zuverlässigkeit von Strukturen während ihres Betriebs extreme Bedingungen (niedrige Temperatur, Erdbeben usw.).

Aluminium wird häufig in verschiedenen Transportarten verwendet. An gegenwärtige Stufe Entwicklung von Aluminiumlegierungen für die Luftfahrt sind die wichtigsten Strukturmaterialien in der Flugzeugindustrie. Aluminium und darauf basierende Legierungen werden zunehmend im Schiffbau eingesetzt. Aluminiumlegierungen werden zur Herstellung von Schiffsrümpfen, Decksaufbauten, Kommunikations- und verschiedene Sorten Schiffsausrüstung.

Es wird daran geforscht, geschäumtes Aluminium als besonders starkes und leichtes Material zu entwickeln.

edles Aluminium

Aluminium ist heute eines der beliebtesten und am weitesten verbreiteten Metalle. Seit seiner Entdeckung Mitte des 19. Jahrhunderts galt es aufgrund seiner erstaunlichen Eigenschaften als eines der wertvollsten: silberweiß, leicht und unbeeinflusst Umfeld. Sein Wert war höher als der Goldpreis. Es überrascht nicht, dass Aluminium erstmals zur Herstellung von Schmuck und teuren Dekorationsgegenständen verwendet wurde.

Auf der Weltausstellung 1855 in Paris war Aluminium die Hauptattraktion. Aluminiumartikel wurden in einer Vitrine neben französischen Kronendiamanten platziert. Allmählich entstand eine gewisse Mode für Aluminium. Es galt als edles, wenig erforschtes Metall, das ausschließlich zur Herstellung von Kunstwerken verwendet wurde.

Am häufigsten wurde Aluminium von Juwelieren verwendet. Mit Hilfe einer speziellen Oberflächenbehandlung erreichten Juweliere am meisten helle Farbe Metall, weshalb es oft mit Silber gleichgesetzt wird. Aber im Vergleich zu Silber hatte Aluminium einen weicheren Glanz, was es Juwelieren noch mehr ans Herz legte.

Als Chemische und physikalische Eigenschaften von Aluminium Anfangs waren sie schlecht untersucht, Juweliere selbst erfanden neue Techniken, um sie zu verarbeiten. Aluminium ist technisch einfach zu verarbeiten, mit diesem weichen Metall können Sie beliebige Muster drucken, Zeichnungen anbringen und die gewünschte Form des Produkts erstellen. Aluminium wurde mit Gold überzogen, poliert und auf matte Farbtöne gebracht.

Aber im Laufe der Zeit begann der Preis für Aluminium zu fallen. Wenn 1854-1856 ein Kilogramm Aluminium 3.000 alte Franken kostete, wurden Mitte der 1860er Jahre bereits etwa hundert alte Franken pro Kilogramm dieses Metalls angegeben. In der Folge geriet Aluminium aufgrund der geringen Kosten aus der Mode.

Derzeit sind die allerersten Aluminiumprodukte sehr selten. Die meisten von ihnen überlebten den Wertverlust des Metalls nicht und wurden durch Silber, Gold und andere Edelmetalle und Legierungen ersetzt. IN In letzter Zeit Auch in Fachkreisen ist das Interesse an Aluminium wieder gestiegen. Dieses Metall war Gegenstand einer separaten Ausstellung, die im Jahr 2000 vom Carnegie Museum in Pittsburgh organisiert wurde. Befindet sich in Frankreich Institut für Aluminiumgeschichte, das sich insbesondere mit der Untersuchung des ersten Schmucks aus diesem Metall beschäftigt.

In der Sowjetunion wurden Gastronomiegeräte, Wasserkocher etc. aus Aluminium hergestellt. Und nicht nur. Der erste sowjetische Satellit bestand aus einer Aluminiumlegierung. Ein weiterer Abnehmer von Aluminium ist die Elektroindustrie: Drähte von Hochspannungsleitungen, Wicklungen von Motoren und Transformatoren, Kabel, Lampensockel, Kondensatoren und viele andere Produkte werden daraus hergestellt. Außerdem kommt Aluminiumpulver zum Einsatz Sprengstoff und Festtreibstoff für Raketen, der seine Fähigkeit zur schnellen Zündung ausnutzt: Wäre Aluminium nicht mit der dünnsten Oxidschicht überzogen, könnte es in der Luft aufflammen.

Die neueste Erfindung ist Aluminiumschaum, der sogenannte. "Metallschaum", dem eine große Zukunft vorhergesagt wird.

Dieses Leichtmetall mit einem silbrig-weißen Farbton modernes Leben fast überall zu finden. Die physikalischen und chemischen Eigenschaften von Aluminium ermöglichen eine breite Verwendung in der Industrie. Die berühmtesten Vorkommen befinden sich in Afrika, Südamerika, in der Karibik. In Russland befinden sich Bauxitabbaustätten im Ural. Weltmarktführer in der Aluminiumproduktion sind China, Russland, Kanada und die USA.

Al Bergbau

In der Natur kommt dieses silbrige Metall aufgrund seiner hohen chemischen Aktivität nur in Form von Verbindungen vor. Die bekanntesten geologischen Gesteine, die Aluminium enthalten, sind Bauxit, Tonerde, Korund und Feldspäte. Bauxit und Tonerde sind von industrieller Bedeutung, es sind die Vorkommen dieser Erze, die es ermöglichen, Aluminium in seiner reinen Form zu gewinnen.

Eigenschaften

Die physikalischen Eigenschaften von Aluminium machen es einfach, Rohlinge aus diesem Metall zu Draht zu ziehen und zu dünnen Blechen zu walzen. Dieses Metall ist nicht haltbar, um diesen Indikator beim Schmelzen zu erhöhen, wird es mit verschiedenen Zusätzen legiert: Kupfer, Silizium, Magnesium, Mangan, Zink. Für industrielle Zwecke ist eine weitere physikalische Eigenschaft von Aluminium wichtig - dies ist seine Fähigkeit, an der Luft schnell zu oxidieren. Die Oberfläche eines Aluminiumprodukts ist unter natürlichen Bedingungen normalerweise mit einem dünnen Oxidfilm bedeckt, der das Metall wirksam schützt und seine Korrosion verhindert. Wenn dieser Film zerstört wird, wird das silbrige Metall schnell oxidiert, während seine Temperatur merklich ansteigt.

Die innere Struktur von Aluminium

Die physikalischen und chemischen Eigenschaften von Aluminium hängen weitgehend von seiner Beschaffenheit ab Interne Struktur. Das Kristallgitter dieses Elements ist eine Art flächenzentrierter Würfel.

Diese Art von Gitter ist vielen Metallen wie Kupfer, Brom, Silber, Gold, Kobalt und anderen inhärent. Die hohe Wärmeleitfähigkeit und die Fähigkeit, Elektrizität zu leiten, haben dieses Metall zu einem der begehrtesten der Welt gemacht. Die restlichen physikalischen Eigenschaften von Aluminium, deren Tabelle unten dargestellt ist, zeigen seine Eigenschaften vollständig und zeigen den Umfang ihrer Anwendung.

Legieren von Aluminium

Die physikalischen Eigenschaften von Kupfer und Aluminium sind so, dass, wenn einer Aluminiumlegierung eine bestimmte Menge Kupfer zugesetzt wird, ihr Kristallgitter gebogen wird und die Festigkeit der Legierung selbst zunimmt. Das Legieren von Leichtmetallen basiert auf dieser Eigenschaft von Al, ihre Festigkeit und Beständigkeit gegenüber aggressiven Umgebungen zu erhöhen.

Die Erklärung des Härtungsprozesses liegt im Verhalten von Kupferatomen im Aluminiumkristallgitter. Cu-Partikel neigen dazu, aus dem Al-Kristallgitter herauszufallen und werden in seinen speziellen Bereichen gruppiert.

Wo Kupferatome Cluster bilden, entsteht ein Kristallgitter gemischter Typ CuAl 2 , bei dem Silbermetallpartikel gleichzeitig Bestandteil sowohl des gemeinsamen Aluminium-Kristallgitters als auch des CuAl 2 -Mischgitters sind Die Kräfte der inneren Bindungen in einem verzerrten Gitter sind viel größer als in einem herkömmlichen. Das bedeutet, dass die Festigkeit der neu gebildeten Substanz viel höher ist.

Chemische Eigenschaften

Die Wechselwirkung von Aluminium mit verdünnter Schwefel- und Salzsäure ist bekannt. Beim Erhitzen löst sich dieses Metall leicht in ihnen auf. Kalt konzentrierte oder stark verdünnte Salpetersäure löst dieses Element nicht. Wässrige Lösungen Alkalien wirken aktiv auf die Substanz ein und bilden während der Reaktion Aluminate - Salze, die Aluminiumionen enthalten. Zum Beispiel:

Al 2 O 3 + 3H2O + 2NaOH \u003d 2Na

Die resultierende Verbindung wird Natriumtetrahydroxoaluminat genannt.

Ein dünner Film auf der Oberfläche von Aluminiumprodukten schützt dieses Metall nicht nur vor Luft, sondern auch vor Wasser. Wenn diese dünne Barriere entfernt wird, interagiert das Element heftig mit Wasser und setzt Wasserstoff daraus frei.

2AL + 6H 2 O \u003d 2 AL (OH) 3 + 3H 2

Die resultierende Substanz wird Aluminiumhydroxid genannt.

AL (OH) 3 reagiert mit Alkali und bildet Hydroxoaluminatkristalle:

Al(OH) 2 + NaOH = 2 Na

Wenn dies chemische Gleichung addieren wir zur vorherigen, erhalten wir die Formel zum Auflösen eines Elements in einer alkalischen Lösung.

Al (OH) 3 + 2NaOH + 6H 2 O \u003d 2Na + 3H 2

Brennendes Aluminium

Die physikalischen Eigenschaften von Aluminium ermöglichen es, mit Sauerstoff zu reagieren. Wird das Pulver dieser Metall- oder Aluminiumfolie erhitzt, flammt es auf und verbrennt mit blendend weißer Flamme. Am Ende der Reaktion entsteht Aluminiumoxid Al 2 O 3 .

Tonerde

Das dabei entstehende Aluminiumoxid hat den geologischen Namen Aluminiumoxid. Unter natürlichen Bedingungen kommt es in Form von Korund vor - festen transparenten Kristallen. Korund zeichnet sich durch eine hohe Härte in der Waage aus Feststoffe sein Index ist 9. Korund selbst ist farblos, aber verschiedene Verunreinigungen können ihn rot färben und blaue Farbe So werden Edelsteine ​​gewonnen, die im Schmuck Rubine und Saphire genannt werden.

Die physikalischen Eigenschaften von Aluminiumoxid ermöglichen es, diese Edelsteine ​​unter künstlichen Bedingungen zu züchten. Technische Edelsteine ​​werden nicht nur für Schmuck verwendet, sie werden auch in Präzisionsinstrumenten, zur Herstellung von Uhren und anderen Dingen verwendet. Künstliche Rubinkristalle werden auch häufig in Lasergeräten verwendet.

Eine feinkörnige Korundsorte mit einer großen Menge an Verunreinigungen, die auf einer speziellen Oberfläche abgelagert ist, ist jedem als Schmirgel bekannt. Die physikalischen Eigenschaften von Aluminiumoxid erklären die hohen abrasiven Eigenschaften von Korund sowie seine Härte und Reibungsbeständigkeit.

Aluminiumhydroxid

Al 2 (OH) 3 ist ein typisches amphoteres Hydroxid. Dieser Stoff bildet in Verbindung mit einer Säure ein Salz mit positiv geladenen Aluminiumionen, in Alkalien Aluminate. Die Amphoterität einer Substanz zeigt sich darin, dass sie sich sowohl als Säure als auch als Alkali verhalten kann. Diese Verbindung kann sowohl in Gelee- als auch in fester Form vorliegen.

Es löst sich praktisch nicht in Wasser auf, reagiert aber mit den meisten aktiven Säuren und Laugen. Die physikalischen Eigenschaften von Aluminiumhydroxid werden in der Medizin genutzt, es ist beliebt u sicheres Heilmittel reduziert den Säuregehalt im Körper und wird bei Gastritis, Zwölffingerdarmentzündung und Geschwüren eingesetzt. In der Industrie wird Al 2 (OH) 3 als Adsorptionsmittel verwendet, es reinigt Wasser perfekt und fällt darin gelöste schädliche Elemente aus.

Industrielle Nutzung

Aluminium wurde 1825 entdeckt. Zunächst wurde dieses Metall höher als Gold und Silber bewertet. Dies lag an der Schwierigkeit, es aus dem Erz zu extrahieren. Die physikalischen Eigenschaften von Aluminium und seine Fähigkeit, schnell einen Schutzfilm auf seiner Oberfläche zu bilden, erschwerten die Untersuchung dieses Elements. Erst Ende des 19. Jahrhunderts wurde eine bequeme Methode zum Schmelzen eines reinen Elements entdeckt, die für den industriellen Einsatz geeignet war.

Leichtigkeit und Korrosionsbeständigkeit sind die einzigartigen physikalischen Eigenschaften von Aluminium. Legierungen dieses silbrigen Metalls werden in der Raketentechnik, im Auto-, Schiffs-, Flugzeug- und Instrumentenbau, bei der Herstellung von Besteck und Gebrauchsgegenständen verwendet.

Als reines Metall wird Al bei der Herstellung von Teilen für chemische Geräte, elektrische Drähte und Kondensatoren verwendet. Die physikalischen Eigenschaften von Aluminium sind so, dass seine elektrische Leitfähigkeit nicht so hoch ist wie die von Kupfer, aber dieser Nachteil wird durch die Leichtigkeit des betreffenden Metalls kompensiert, was es ermöglicht, Aluminiumdrähte dicker zu machen. Bei gleicher elektrischer Leitfähigkeit wiegt also ein Aluminiumdraht halb so viel wie ein Kupferdraht.

Ebenso wichtig ist die Verwendung von Al im Aluminierungsprozess. Dies ist die Bezeichnung für die Sättigungsreaktion der Oberfläche eines Gusseisen- oder Stahlprodukts mit Aluminium, um das Grundmetall beim Erhitzen vor Korrosion zu schützen.

Derzeit sind die erkundeten Vorkommen an Aluminiumerzen durchaus vergleichbar mit dem Bedarf der Menschen an diesem silbrigen Metall. Die physikalischen Eigenschaften von Aluminium können den Forschern viele weitere Überraschungen bereiten, und der Anwendungsbereich dieses Metalls ist viel größer, als man sich vorstellen kann.