Kipengele cha uchanganuzi cha alumini. Alumini: kemikali na mali ya kimwili

MALI ZA ALUMINIMU

Maudhui:

Viwango vya alumini

Sifa za Kimwili

Tabia za kutu

Tabia za mitambo

Tabia za kiteknolojia

Maombi

darasa la alumini.

Alumini ina sifa ya conductivity ya juu ya umeme na mafuta, upinzani wa kutu, ductility, na upinzani wa baridi. Sifa muhimu zaidi ya alumini ni msongamano wake wa chini (takriban 2.70 g / cc) Kiwango cha kuyeyuka cha alumini ni takriban 660 C.

Sifa za kifizikia, mitambo na kiteknolojia za alumini hutegemea sana aina na kiasi cha uchafu, na hivyo kuzidisha sifa nyingi za chuma safi.Uchafu kuu wa asili katika alumini ni chuma na silicon. Iron, kwa mfano, sasa kama awamu huru ya Fe-Al, hupunguza conductivity ya umeme na upinzani wa kutu, hudhuru ductility, lakini huongeza kidogo nguvu ya alumini.

Kulingana na kiwango cha utakaso, alumini ya msingi imegawanywa katika alumini ya usafi wa juu na wa kiufundi (GOST 11069-2001). Alumini ya kiufundi pia inajumuisha alama za AD, AD1, AD0, AD00 (GOST 4784-97). Alumini ya kiufundi ya darasa zote hupatikana kwa electrolysis ya melts ya cryolite-alumina. Alumini ya usafi wa juu hupatikana kwa utakaso wa ziada wa alumini ya kiufundi. Vipengele vya mali ya alumini ya usafi wa juu na wa juu hujadiliwa katika vitabu

Jedwali hapa chini linatoa muhtasari wa alama nyingi za alumini. Maudhui ya uchafu wake kuu wa asili - silicon na chuma - pia huonyeshwa.

Tofauti kuu ya vitendo kati ya alumini ya kibiashara na iliyosafishwa sana inahusiana na tofauti katika upinzani wa kutu kwa vyombo vya habari fulani. Kwa kawaida, kiwango cha juu cha utakaso wa alumini, ni ghali zaidi.

Alumini ya usafi wa juu hutumiwa kwa madhumuni maalum. Kwa ajili ya uzalishaji wa aloi za alumini, bidhaa za cable na waya na bidhaa zilizovingirishwa, alumini ya kiufundi hutumiwa. Ifuatayo, tutazungumza juu ya aluminium ya kiufundi.

Conductivity ya umeme.

Mali muhimu zaidi ya alumini ni conductivity yake ya juu ya umeme, ambayo ni ya pili kwa fedha, shaba na dhahabu. Mchanganyiko wa conductivity ya juu ya umeme na wiani mdogo inaruhusu alumini kushindana na shaba katika uwanja wa bidhaa za cable na waya.

Upitishaji wa umeme wa alumini, pamoja na chuma na silicon, huathiriwa sana na chromium, manganese, na titani. Kwa hiyo, katika alumini iliyopangwa kwa ajili ya utengenezaji wa waendeshaji wa sasa, maudhui ya uchafu kadhaa zaidi umewekwa. Kwa hiyo, katika alumini ya daraja la A5E yenye maudhui ya chuma yanayoruhusiwa ya 0.35% na silicon ya 0.12%, jumla ya uchafu Cr + V + Ti + Mn haipaswi kuzidi 0.01% tu.

Conductivity ya umeme inategemea hali ya nyenzo. Annealing ya muda mrefu katika 350 C inaboresha conductivity, wakati ugumu wa baridi hudhuru conductivity.

Thamani ya kupinga umeme kwa joto la 20 C niOhm*mm 2 /m au µOhm*m :

0.0277 - waya ya alumini annealed A7E

0.0280 - waya ya alumini annealed A5E

0.0290 - baada ya kushinikiza, bila matibabu ya joto kutoka kwa AD0 alumini

Kwa hivyo, upinzani maalum wa umeme wa waendeshaji wa alumini ni takriban mara 1.5 zaidi kuliko upinzani wa umeme wa waendeshaji wa shaba. Ipasavyo, conductivity ya umeme (reciprocal ya resistivity) ya alumini ni 60-65% ya conductivity ya umeme ya shaba. Conductivity ya umeme ya alumini huongezeka kwa kupungua kwa kiasi cha uchafu.

Mgawo wa joto wa upinzani wa umeme wa alumini (0.004) ni takriban sawa na ile ya shaba.

Conductivity ya mafuta ya alumini saa 20 C ni takriban 0.50 cal/cm*s*C na huongezeka kwa kuongezeka kwa usafi wa chuma. Kwa upande wa conductivity ya mafuta, alumini ni ya pili kwa fedha na shaba (kuhusu 0.90), mara tatu zaidi kuliko conductivity ya mafuta ya chuma kali. Mali hii huamua matumizi ya alumini katika radiators baridi na exchangers joto.

Tabia zingine za mwili.

Alumini ina kiwango cha juu sana joto maalum(takriban 0.22 cal / g * C). Hii ni ya juu zaidi kuliko kwa metali nyingi (0.09 kwa shaba). Joto maalum la fusion pia ni ya juu sana (takriban 93 cal/g). Kwa kulinganisha, kwa shaba na chuma, thamani hii ni takriban 41-49 cal / g.

Kuakisi alumini inategemea sana usafi wake. Kwa karatasi ya alumini yenye usafi wa 99.2%, kutafakari kwa mwanga mweupe ni 75%, na kwa foil yenye maudhui ya alumini ya 99.5%, kutafakari tayari ni 84%.

Alumini yenyewe ni chuma tendaji sana. Hii inahusishwa na matumizi yake katika aluminothermy na katika utengenezaji wa vilipuzi. Hata hivyo, katika hewa, alumini inafunikwa na filamu nyembamba (kuhusu micron) ya oksidi ya alumini. Kwa nguvu ya juu na inertness ya kemikali, inalinda alumini kutoka kwa oxidation zaidi na huamua sifa zake za juu za kuzuia kutu katika mazingira mengi.

Katika alumini ya usafi wa juu, filamu ya oksidi ni ya kuendelea na isiyo ya porous, na ina mshikamano mkali sana kwa alumini. Kwa hiyo, alumini ya usafi wa juu na maalum ni sugu sana kwa hatua ya asidi isokaboni, alkali, maji ya bahari na hewa. Kushikamana kwa filamu ya oksidi kwa alumini katika maeneo ambayo uchafu iko huharibika sana na maeneo haya huwa katika hatari ya kutu. Kwa hiyo, alumini ya usafi wa kiufundi ina upinzani mdogo. Kwa mfano, kuhusiana na asidi hidrokloriki dhaifu, upinzani wa alumini iliyosafishwa na ya kiufundi hutofautiana kwa mara 10.

Alumini (na aloi zake) kawaida huonyesha kutu ya shimo. Kwa hiyo, utulivu wa alumini na aloi zake katika vyombo vya habari vingi huamua si kwa mabadiliko katika uzito wa sampuli na si kwa kiwango cha kupenya kwa kutu, lakini kwa mabadiliko ya mali ya mitambo.

Maudhui ya chuma yana ushawishi mkubwa juu ya mali ya kutu ya alumini ya kiufundi. Kwa hivyo, kiwango cha kutu katika suluhisho la 5% la HCl kwa darasa tofauti ni (in):

Uwepo wa chuma pia hupunguza upinzani wa alumini kwa alkali, lakini hauathiri upinzani wa asidi ya sulfuriki na nitriki. Kwa ujumla, upinzani wa kutu wa alumini ya kiufundi, kulingana na usafi, huharibika kwa utaratibu huu: A8 na AD000, A7 na AD00, A6, A5 na AD0, AD1, A0 na AD.

Kwa joto zaidi ya 100C, alumini huingiliana na klorini. Alumini haiingiliani na hidrojeni, lakini huifuta vizuri, kwa hiyo ni sehemu kuu ya gesi zilizopo katika alumini. Mvuke wa maji, ambayo hutengana kwa 500 C, ina athari mbaya kwa alumini; kwa joto la chini, athari ya mvuke ni ndogo.

Alumini ni thabiti katika mazingira yafuatayo:

anga ya viwanda

Maji safi ya asili hadi joto la 180 C. Kiwango cha kutu huongezeka kwa uingizaji hewa;

uchafu wa caustic soda, asidi hidrokloric na soda.

Maji ya bahari

Asidi ya nitriki iliyojilimbikizia

Chumvi za asidi ya sodiamu, magnesiamu, amonia, hyposulfite.

Suluhisho dhaifu (hadi 10%) ya asidi ya sulfuri,

Asidi ya sulfuriki 100%.

Ufumbuzi dhaifu wa fosforasi (hadi 1%), chromic (hadi 10%).

Asidi ya boroni katika mkusanyiko wowote

Siki, limao, divai. asidi ya malic, juisi za matunda yenye asidi, divai

Suluhisho la amonia

Alumini haina msimamo katika mazingira kama haya:

Punguza asidi ya nitriki

Asidi ya hidrokloriki

Punguza asidi ya sulfuriki

Hydrofluoric na asidi hidrobromic

Oxalic, asidi ya fomu

Ufumbuzi wa alkali caustic

Maji yenye chumvi za zebaki, shaba, kloridi ions zinazoharibu filamu ya oksidi.

Katika kuwasiliana na metali nyingi za kiufundi na aloi, alumini hutumika kama anode na kutu yake itaongezeka.

Moduli ya elastic E \u003d 7000-7100 kgf / mm 2 kwa alumini ya kiufundi saa 20 C. Kwa ongezeko la usafi wa alumini, thamani yake inapungua (6700 kwa A99).

Shear moduli G \u003d 2700 kgf / mm 2.

Vigezo kuu vya mali ya mitambo ya alumini ya kiufundi imepewa hapa chini:

Takwimu zilizotolewa ni dalili sana:

1) Kwa alumini iliyochujwa na kutupwa, maadili haya hutegemea daraja la kiufundi la alumini. Uchafu zaidi, zaidi ya nguvu na ugumu na chini ductility. Kwa mfano, ugumu wa alumini ya kutupwa ni: kwa A0 - 25HB, kwa A5 - 20HB, na kwa usafi wa juu wa alumini A995 - 15HB. Nguvu ya mvutano kwa kesi hizi ni: 8.5; 7.5 na 5 kgf / mm 2, na elongation 20; 30 na 45% mtawalia.

2) Kwa alumini iliyoharibika, mali ya mitambo inategemea kiwango cha deformation, aina ya bidhaa iliyovingirwa na vipimo vyake. Kwa mfano, nguvu ya kuvuta ni angalau 15-16 kgf / mm 2 kwa waya na 8 - 11 kgf / mm 2 kwa mabomba.

Hata hivyo, kwa hali yoyote, alumini ya kiufundi ni chuma laini na tete. Nguvu ya chini ya mavuno (hata kwa chuma cha kazi ngumu haizidi 12 kgf / mm 2) hupunguza matumizi ya alumini kwa suala la mizigo inayoruhusiwa.

Alumini ina nguvu ndogo ya kutambaa: saa 20 C ni 5 kgf/mm 2, na saa 200 C ni 0.7 kgf/mm 2. Kwa kulinganisha: kwa shaba, takwimu hizi ni 7 na 5 kgf / mm 2, kwa mtiririko huo.

Kiwango cha chini cha kuyeyuka na joto la mwanzo wa urekebishaji (kwa alumini ya kiufundi ni karibu 150 C), kikomo cha chini cha kutambaa kinaweka mipaka ya joto la uendeshaji wa alumini kutoka upande wa joto la juu.

Ductility ya alumini haina kuharibika kwa joto la chini, hadi heliamu. Wakati joto linapungua kutoka +20 C hadi -269 C, nguvu ya mvutano huongezeka mara 4 kwa alumini ya kiufundi na mara 7 kwa alumini ya usafi wa juu. Kikomo cha elastic katika kesi hii huongezeka kwa sababu ya 1.5.

Upinzani wa baridi wa alumini hufanya iwezekanavyo kuitumia katika vifaa na miundo ya cryogenic.

Tabia za kiteknolojia.

Ductility ya juu ya alumini inafanya uwezekano wa kuzalisha foil (hadi 0.004 mm nene), bidhaa za kina, na kuitumia kwa rivets.

Alumini ya usafi wa kiufundi inaonyesha brittleness katika joto la juu.

Uendeshaji ni mdogo sana.

Joto la uwekaji upya wa fuwele ni 350-400 C, hali ya joto ni 150 C.

Weldability.

Ugumu katika kulehemu alumini ni kutokana na 1) kuwepo kwa filamu yenye nguvu ya oksidi ya inert, 2) conductivity ya juu ya mafuta.

Hata hivyo, alumini inachukuliwa kuwa chuma chenye weldable sana. Weld ina nguvu ya chuma ya msingi (annealed) na mali sawa ya kutu. Kwa maelezo juu ya kulehemu alumini, angalia, kwa mfano,www. tovuti ya kulehemu.com.ua.

Maombi.

Kutokana na nguvu zake za chini, alumini hutumiwa tu kwa vipengele vya kimuundo vilivyopakuliwa, wakati conductivity ya juu ya umeme au ya joto, upinzani wa kutu, ductility au weldability ni muhimu. Sehemu zimeunganishwa na kulehemu au rivets. Alumini ya kiufundi hutumiwa wote kwa ajili ya kutupwa na kwa ajili ya uzalishaji wa bidhaa zilizovingirwa.

Katika ghala la biashara kuna daima karatasi, waya na matairi yaliyotengenezwa na alumini ya kiufundi.

(tazama kurasa zinazohusika za tovuti). Chini ya amri ya nguruwe A5-A7 hutolewa.

Alumini

Alumini- kipengele cha kemikali cha kikundi cha III cha mfumo wa upimaji wa Mendeleev (nambari ya atomiki 13, molekuli ya atomiki 26.98154). Katika misombo mingi, alumini ni ndogo, lakini kwa joto la juu inaweza pia kuonyesha hali ya oxidation ya +1. Ya misombo ya chuma hii, muhimu zaidi ni Al 2 O 3 oksidi.

Alumini- fedha-nyeupe chuma, mwanga (wiani 2.7 g / cm 3), ductile, conductor nzuri ya umeme na joto, kiwango myeyuko 660 ° C. Inatolewa kwa urahisi ndani ya waya na kuvingirwa kwenye karatasi nyembamba. Alumini ni kazi ya kemikali (katika hewa inafunikwa na filamu ya oksidi ya kinga - oksidi ya alumini.) Inalinda chuma kwa uaminifu kutoka kwa oxidation zaidi. Lakini ikiwa poda ya alumini au foil ya alumini inapokanzwa sana, chuma huwaka kwa moto unaopofusha, na kugeuka kuwa oksidi ya alumini. Alumini hupasuka hata katika asidi hidrokloriki na sulfuriki kuondokana, hasa wakati wa joto. Lakini katika asidi ya nitriki iliyopunguzwa sana na iliyojilimbikizia, alumini haina kufuta. Wakati ufumbuzi wa maji wa alkali hutenda kwenye alumini, safu ya oksidi huyeyuka, na alumini huundwa - chumvi zilizo na alumini katika muundo wa anion:

Al 2 O 3 + 2NaOH + 3H 2 O \u003d 2Na.

Alumini, bila filamu ya kinga, inaingiliana na maji, ikiondoa hidrojeni kutoka kwayo:

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

Hidroksidi ya alumini inayotokana humenyuka na ziada ya alkali, na kutengeneza hydroxoaluminate:

Al (OH) 3 + NaOH \u003d Na.

Equation ya jumla ya kufutwa kwa alumini katika mmumunyo wa maji wa alkali ina fomu ifuatayo:

2Al + 2NaOH + 6H 2 O \u003d 2Na + 3H 2.

Alumini inaingiliana kikamilifu na halojeni. Alumini hidroksidi Al(OH) 3 ni dutu nyeupe, isiyo na mwanga na ya rojorojo.

Ukoko wa dunia una alumini 8.8%. Ni kipengele cha tatu kwa wingi zaidi katika asili baada ya oksijeni na silicon, na ya kwanza kati ya metali. Ni sehemu ya udongo, feldspars, micas. Mamia kadhaa ya madini ya Al yanajulikana (aluminosilicates, bauxites, alunites, na wengine). Madini muhimu zaidi ya alumini - bauxite ina 28-60% ya alumina - oksidi ya alumini Al 2 O 3 .

Katika hali yake safi, alumini ilipatikana kwa mara ya kwanza na mwanafizikia wa Denmark H. Oersted mwaka wa 1825, ingawa ni chuma cha kawaida zaidi katika asili.

Uzalishaji wa alumini unafanywa na electrolysis ya alumina Al 2 O 3 katika NaAlF 4 cryolite kuyeyuka kwa joto la 950 °C.

Alumini hutumiwa katika anga, ujenzi, haswa katika mfumo wa aloi za alumini na metali zingine, uhandisi wa umeme (mbadala ya shaba katika utengenezaji wa nyaya, nk), tasnia ya chakula (foil), madini (viongeza vya aloi), aluminothermy, nk.

Uzito wa alumini, mvuto maalum na sifa nyingine.

Msongamano - 2,7*10 3 kg/m 3 ;
Mvuto maalum - 2,7 G/ cm 3;
Joto maalum kwa 20 ° C - 0.21 cal / deg;
Kiwango cha joto - 658.7°C;
Uwezo maalum wa joto wa kuyeyuka - 76.8 cal / deg;
Joto la kuchemsha - 2000°C;
Mabadiliko ya kiasi cha jamaa wakati wa kuyeyuka (ΔV/V) - 6,6%;
Mgawo wa upanuzi wa mstari(takriban 20°C) : - 22.9 * 10 6 (1 / deg);
Mgawo wa conductivity ya mafuta ya alumini - 180 kcal / m * saa * mvua ya mawe;

Moduli ya elasticity ya alumini na uwiano wa Poisson

Kuakisi mwanga kwa alumini

Nambari zilizotolewa kwenye jedwali zinaonyesha ni asilimia ngapi ya tukio la mwanga kwenye uso linaonyeshwa kutoka kwake.

ALUMINIUM OXIDE Al 2 O 3

Oksidi ya alumini Al 2 O 3, pia huitwa alumina, hutokea kwa kawaida katika fomu ya fuwele, na kutengeneza corundum ya madini. Corundum ina ugumu wa juu sana. Fuwele zake za uwazi, zenye rangi nyekundu au bluu, ni mawe ya thamani - ruby ​​​​na yakuti. Hivi sasa, rubi hupatikana kwa bandia kwa kuchanganya na alumina katika tanuru ya umeme. Hazitumiwi sana kwa vito vya mapambo kama kwa madhumuni ya kiufundi, kwa mfano, kwa utengenezaji wa sehemu za vyombo vya usahihi, mawe kwenye saa, nk. Fuwele za rubi zilizo na uchafu mdogo wa Cr 2 O 3 hutumiwa kama jenereta za quantum - leza zinazounda miale iliyoelekezwa ya mionzi ya monokromatiki.

Corundum na aina yake nzuri, iliyo na kiasi kikubwa cha uchafu - emery, hutumiwa kama nyenzo za abrasive.

UZALISHAJI WA ALUMINIUM

malighafi kuu kwa uzalishaji wa alumini ni bauxite zenye 32-60% alumina Al 2 O 3 . Ores muhimu zaidi za alumini pia ni pamoja na alunite na nepheline. Urusi ina akiba kubwa ya madini ya alumini. Mbali na bauxites, amana kubwa ambazo ziko katika Urals na Bashkiria, nepheline, iliyochimbwa kwenye Peninsula ya Kola, ni chanzo tajiri cha aluminium. Alumini nyingi pia hupatikana katika amana za Siberia.

Alumini hupatikana kutoka kwa oksidi ya alumini Al 2 O 3 kwa njia ya electrolytic. Oksidi ya alumini inayotumiwa kwa hili lazima iwe safi ya kutosha, kwani uchafu huondolewa kutoka kwa alumini iliyoyeyuka kwa shida kubwa. Iliyosafishwa Al 2 O 3 inapatikana kwa kusindika bauxite ya asili.

Nyenzo kuu ya kuanzia kwa ajili ya uzalishaji wa alumini ni oksidi ya alumini. Haitumii umeme na ina kiwango cha juu sana cha kuyeyuka (takriban 2050 °C), kwa hivyo inahitaji nishati nyingi.

Ni muhimu kupunguza kiwango cha kuyeyuka kwa oksidi ya alumini hadi angalau 1000 o C. Njia hii ilipatikana kwa sambamba na Mfaransa P. Eru na Ukumbi wa Marekani C.. Waligundua kuwa alumina huyeyuka vizuri katika kryolite iliyoyeyuka, madini yenye muundo wa AlF 3. 3NaF. Kuyeyuka huku kunakabiliwa na electrolysis kwa joto la karibu 950 ° C tu katika uzalishaji wa alumini. Hifadhi ya cryolite katika asili haina maana, hivyo cryolite ya synthetic iliundwa, ambayo ilipunguza kwa kiasi kikubwa gharama ya uzalishaji wa alumini.

Hydrolysis inakabiliwa na mchanganyiko wa kuyeyuka wa cryolite Na 3 na oksidi ya alumini. Mchanganyiko ulio na takriban asilimia 10 ya uzani wa Al 2 O 3 huyeyuka kwa 960 ° C na ina upitishaji wa umeme, msongamano na mnato unaofaa zaidi kwa mchakato. Ili kuboresha zaidi sifa hizi, viongeza vya AlF 3, CaF 2 na MgF 2 vinaletwa katika utungaji wa mchanganyiko. Hii inafanya electrolysis iwezekanavyo katika 950 °C.

Electrolyser kwa ajili ya kuyeyusha alumini ni casing ya chuma iliyowekwa na matofali ya kinzani kutoka ndani. Chini yake (chini), iliyokusanywa kutoka kwa vizuizi vya makaa ya mawe yaliyoshinikwa, hutumika kama cathode. Anodes (moja au zaidi) ziko juu: hizi ni muafaka wa alumini uliojaa briquettes ya makaa ya mawe. Katika mimea ya kisasa, electrolyzers imewekwa katika mfululizo; kila mfululizo una seli 150 au zaidi.

Wakati wa electrolysis, alumini hutolewa kwenye cathode, na oksijeni hutolewa kwenye anode. Alumini, ambayo ina wiani mkubwa zaidi kuliko kuyeyuka kwa asili, hukusanywa chini ya electrolyzer, kutoka ambapo hutolewa mara kwa mara. Wakati chuma kinapotolewa, sehemu mpya za oksidi ya alumini huongezwa kwenye kuyeyuka. Oksijeni iliyotolewa wakati wa electrolysis inaingiliana na kaboni ya anode, ambayo huwaka, na kutengeneza CO na CO 2.

Kiwanda cha kwanza cha alumini nchini Urusi kilijengwa mnamo 1932 huko Volkhov.

Aloi za ALUMINIUM

Aloi, ambayo huongeza nguvu na mali nyingine za alumini, hupatikana kwa kuanzisha viungio vya aloi ndani yake, kama vile shaba, silicon, magnesiamu, zinki na manganese.

Duralumin(duralumin, duralumin, kutoka kwa jina la jiji la Ujerumani ambapo uzalishaji wa viwanda wa alloy ulianza). Aloi ya alumini (msingi) na shaba (Cu: 2.2-5.2%), magnesiamu (Mg: 0.2-2.7%) manganese (Mn: 0.2-1%). Inakabiliwa na ugumu na kuzeeka, mara nyingi huvaliwa na alumini. Ni nyenzo ya kimuundo kwa uhandisi wa anga na usafiri.

Silumini- aloi za alumini za mwanga (msingi) na silicon (Si: 4-13%), wakati mwingine hadi 23% na vipengele vingine: Cu, Mn, Mg, Zn, Ti, Be). Wanazalisha sehemu za usanidi tata, haswa katika tasnia ya magari na ndege.

magnalia- aloi za alumini (msingi) na magnesiamu (Mg: 1-13%) na mambo mengine yenye upinzani wa juu wa kutu, weldability nzuri, ductility ya juu. Wao hufanya castings umbo (akitoa magnals), karatasi, waya, rivets, nk. (magnalia inayoweza kuharibika).

Faida kuu za aloi zote za alumini ni wiani wao wa chini (2.5-2.8 g / cm 3), nguvu ya juu (kwa uzito wa kitengo), upinzani wa kuridhisha dhidi ya kutu ya anga, gharama ya chini ya kulinganisha na urahisi wa uzalishaji na usindikaji.

Aloi za alumini hutumiwa katika teknolojia ya roketi, katika ndege, magari, meli na utengenezaji wa vyombo, katika uzalishaji wa vyombo, bidhaa za michezo, samani, matangazo na viwanda vingine.

Kwa upande wa upana wa matumizi, aloi za alumini huchukua nafasi ya pili baada ya chuma na chuma cha kutupwa.

Alumini ni mojawapo ya viungio vya kawaida katika aloi kulingana na shaba, magnesiamu, titani, nikeli, zinki, na chuma.

Alumini pia hutumiwa kwa aluminizing (aluminizing)- kueneza kwa uso wa chuma au bidhaa za chuma zilizopigwa na alumini ili kulinda nyenzo za msingi kutoka kwa oxidation wakati wa joto kali, i.e. kuongeza upinzani wa joto (hadi 1100 ° C) na upinzani dhidi ya kutu ya anga.

Chuma hiki cha mwanga na tint ya silvery-nyeupe hupatikana karibu kila mahali katika maisha ya kisasa. Mali ya kimwili na kemikali ya alumini inaruhusu kutumika sana katika sekta. Amana maarufu zaidi ziko Afrika, Amerika Kusini, katika eneo la Karibiani. Huko Urusi, tovuti za uchimbaji wa madini ya bauxite ziko kwenye Urals. Viongozi wa ulimwengu katika utengenezaji wa alumini ni Uchina, Urusi, Kanada, na USA.

Al madini

Kwa asili, chuma hiki cha fedha, kutokana na shughuli zake za juu za kemikali, hupatikana tu kwa namna ya misombo. Miamba inayojulikana zaidi ya kijiolojia iliyo na alumini ni bauxite, alumina, corundum, na feldspars. Bauxite na alumina ni ya umuhimu wa viwanda, ni amana za ores hizi ambazo hufanya iwezekanavyo kuchimba alumini katika fomu yake safi.

Mali

Sifa za kimaumbile za alumini hurahisisha kuchora nafasi zilizoachwa wazi za chuma hiki kwenye waya na kukunja kuwa karatasi nyembamba. Chuma hiki sio cha kudumu; ili kuongeza kiashiria hiki wakati wa kuyeyusha, hutiwa na viungio mbalimbali: shaba, silicon, magnesiamu, manganese, zinki. Kwa madhumuni ya viwanda, mali nyingine ya kimwili ya alumini ni muhimu - hii ni uwezo wake wa haraka oxidize katika hewa. Uso wa bidhaa za alumini katika hali ya asili kawaida hufunikwa na filamu nyembamba ya oksidi, ambayo inalinda chuma kwa ufanisi na kuzuia kutu yake. Wakati filamu hii inaharibiwa, chuma cha silvery kinaoksidishwa kwa kasi, wakati joto lake linaongezeka kwa kuonekana.

Muundo wa ndani wa alumini

Mali ya kimwili na kemikali ya alumini kwa kiasi kikubwa inategemea muundo wake wa ndani. Latiti ya kioo ya kipengele hiki ni aina ya mchemraba unaozingatia uso.

Aina hii ya kimiani ni ya asili katika metali nyingi, kama vile shaba, bromini, fedha, dhahabu, cobalt na wengine. Conductivity ya juu ya mafuta na uwezo wa kuendesha umeme umefanya chuma hiki kuwa moja ya kutafutwa zaidi duniani. Mali iliyobaki ya aluminium, meza ambayo imewasilishwa hapa chini, inaonyesha kikamilifu mali zake na kuonyesha upeo wa maombi yao.

Aloi ya alumini

Tabia za kimwili za shaba na alumini ni kwamba wakati kiasi fulani cha shaba kinaongezwa kwa aloi ya alumini, latiti yake ya kioo hupigwa, na nguvu ya alloy yenyewe huongezeka. Aloi ya aloi za mwanga ni msingi wa mali hii ya Al ili kuongeza nguvu zao na upinzani kwa mazingira ya fujo.

Ufafanuzi wa mchakato wa ugumu upo katika tabia ya atomi za shaba kwenye kimiani ya kioo cha alumini. Cu chembe huwa na kuanguka nje ya kimiani Al crystal na ni makundi katika maeneo yake maalum.

Ambapo atomi za shaba huunda makundi, kimiani cha fuwele cha aina ya CuAl 2 huundwa, ambamo chembe za chuma za fedha ni sehemu ya kimiani ya kioo ya alumini na muundo wa kimiani cha aina mchanganyiko CuAl 2. Nguvu za vifungo vya ndani kimiani iliyopotoka ni kubwa zaidi kuliko kawaida. Hii ina maana kwamba nguvu ya dutu mpya iliyoundwa ni ya juu zaidi.

Tabia za kemikali

Uingiliano wa alumini na asidi ya sulfuriki na hidrokloric iliyopungua inajulikana. Inapokanzwa, chuma hiki hupasuka kwa urahisi ndani yao. Asidi ya nitriki iliyojilimbikizia au iliyopunguzwa sana haina kufuta kipengele hiki. Ufumbuzi wa maji ya alkali huathiri kikamilifu dutu hii, wakati wa majibu ya kutengeneza aluminates - chumvi, ambazo zina ioni za alumini. Kwa mfano:

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

Mchanganyiko unaosababishwa huitwa tetrahydroxoaluminate ya sodiamu.

Filamu nyembamba juu ya uso wa bidhaa za alumini hulinda chuma hiki si tu kutoka kwa hewa, bali pia kutoka kwa maji. Ikiwa kizuizi hiki nyembamba kinaondolewa, kipengele kitaingiliana kwa ukali na maji, ikitoa hidrojeni kutoka humo.

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

Dutu hii huitwa hidroksidi ya alumini.

AL (OH) 3 humenyuka pamoja na alkali, na kutengeneza fuwele za hidroksalumini:

Al(OH) 2 +NaOH=2Na

Ikiwa equation hii ya kemikali imeongezwa kwa uliopita, tunapata formula ya kufuta kipengele katika suluhisho la alkali.

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

Alumini inayowaka

Tabia za kimwili za alumini huruhusu kuguswa na oksijeni. Ikiwa poda ya chuma hiki au foil ya alumini inapokanzwa, inawaka na inawaka kwa moto mweupe unaopofusha. Mwishoni mwa majibu, oksidi ya alumini Al 2 O 3 huundwa.

Alumina

Oksidi ya alumini inayotokana ina jina la kijiolojia alumina. Chini ya hali ya asili, hutokea kwa namna ya corundum - fuwele za uwazi imara. Corundum ina ugumu wa juu, index yake ni 9 kwa kiwango cha solids. Corundum yenyewe haina rangi, lakini uchafu mbalimbali unaweza kuipaka rangi nyekundu na bluu, hivyo mawe ya thamani hupatikana, ambayo huitwa rubi na samafi katika kujitia.

Tabia za kimwili za oksidi ya alumini hufanya iwezekanavyo kukua vito hivi chini ya hali ya bandia. Vito vya kiufundi hutumiwa sio tu kwa ajili ya kujitia, hutumiwa katika vyombo vya usahihi, kwa ajili ya kufanya kuona na mambo mengine. Fuwele za rubi bandia pia hutumiwa sana katika vifaa vya laser.

Aina nzuri ya corundum yenye kiasi kikubwa cha uchafu, iliyowekwa kwenye uso maalum, inajulikana kwa kila mtu kuwa emery. Tabia ya kimwili ya oksidi ya alumini inaelezea mali ya juu ya abrasive ya corundum, pamoja na ugumu wake na upinzani wa msuguano.

hidroksidi ya alumini

Al 2 (OH) 3 ni hidroksidi ya amphoteric ya kawaida. Pamoja na asidi, dutu hii huunda chumvi iliyo na ioni za alumini zilizojaa chaji chanya; katika alkali, huunda alumini. Amphotericity ya dutu inaonyeshwa kwa ukweli kwamba inaweza kuishi kama asidi na kama alkali. Kiwanja hiki kinaweza kuwepo katika jelly na fomu imara.

Kwa kweli haina kuyeyuka katika maji, lakini humenyuka pamoja na asidi amilifu na alkali. Mali ya kimwili ya hidroksidi ya alumini hutumiwa katika dawa, ni njia maarufu na salama ya kupunguza asidi katika mwili, hutumiwa kwa gastritis, duodenitis, vidonda. Katika tasnia, Al 2 (OH) 3 hutumiwa kama adsorbent, husafisha maji kikamilifu na husababisha vitu vyenye madhara vilivyoyeyushwa ndani yake.

Matumizi ya viwanda

Alumini iligunduliwa mnamo 1825. Hapo awali, chuma hiki kilithaminiwa zaidi ya dhahabu na fedha. Hii ilitokana na ugumu wa kuitoa kwenye madini hayo. Mali ya kimwili ya alumini na uwezo wake wa kuunda haraka filamu ya kinga juu ya uso wake ilifanya kuwa vigumu kujifunza kipengele hiki. Mwishoni mwa karne ya 19 tu ilikuwa njia rahisi ya kuyeyusha kitu safi kinachofaa kutumika kwa kiwango cha viwanda kilichogunduliwa.

Wepesi na uwezo wa kupinga kutu ni mali ya kipekee ya mwili ya alumini. Aloi za chuma hiki cha fedha hutumiwa katika teknolojia ya roketi, katika magari, meli, ndege na utengenezaji wa vyombo, katika utengenezaji wa vipandikizi na vyombo.

Kama chuma safi, Al hutumiwa katika utengenezaji wa sehemu za vifaa vya kemikali, waya za umeme na capacitors. Tabia za kimwili za alumini ni kwamba conductivity yake ya umeme sio juu kama ya shaba, lakini hasara hii inalipwa na mwanga wa chuma unaohusika, ambayo inafanya uwezekano wa kufanya waya za alumini kuwa nene. Kwa hiyo, kwa conductivity sawa ya umeme, waya ya alumini ina uzito wa nusu ya waya wa shaba.

Muhimu sawa ni matumizi ya Al katika mchakato wa aluminizing. Hili ni jina la mmenyuko wa kueneza kwa uso wa bidhaa ya chuma-chuma au chuma na alumini ili kulinda chuma cha msingi kutokana na kutu kinapokanzwa.

Kwa sasa, akiba iliyochunguzwa ya ores ya alumini ni sawa kabisa na mahitaji ya watu katika chuma hiki cha fedha. Sifa za kimwili za alumini zinaweza kuwasilisha mshangao mwingi zaidi kwa watafiti wake, na upeo wa chuma hiki ni pana zaidi kuliko mtu anaweza kufikiria.

UFAFANUZI

Alumini iko katika kipindi cha tatu, kikundi cha III cha kikundi kikuu (A) cha Jedwali la Periodic. Hiki ni kipengele cha kwanza cha kipindi cha 3.

Chuma. Wajibu - Al. Nambari ya kawaida - 13. Uzito wa atomiki wa jamaa - 26.981 a.m.u.

Muundo wa elektroniki wa atomi ya alumini

Atomi ya alumini ina kiini chenye chaji chanya (+13), ndani yake kuna protoni 13 na neutroni 14. Kiini kimezungukwa na makombora matatu, ambayo elektroni 13 husogea.

Mchele. 1. Uwakilishi wa kimkakati wa muundo wa atomi ya alumini.

Usambazaji wa elektroni katika obiti ni kama ifuatavyo.

13Al) 2) 8) 3;

1s 2 2s 2 2uk 6 3s 2 3uk 1 .

Kuna elektroni tatu kwenye kiwango cha nishati ya nje ya alumini, elektroni zote za kiwango kidogo cha 3. Mchoro wa nishati huchukua fomu ifuatayo:

Kinadharia, hali ya msisimko inawezekana kwa atomi ya alumini kwa sababu ya uwepo wa 3 wazi. d-obiti. Walakini, kupungua kwa elektroni 3 s- kiwango kidogo hakitokei.

Mifano ya kutatua matatizo

MFANO 1

Mali 13 Al.

*Usanidi wa viwango vya elektroniki vya nje vya atomi ya kipengele umetolewa. Usanidi wa viwango vya elektroniki vilivyobaki vinaambatana na ile ya gesi bora ambayo inakamilisha kipindi cha awali na imeonyeshwa kwenye mabano.

Alumini- mwakilishi mkuu wa metali ya kikundi kikuu cha kikundi cha III cha mfumo wa upimaji. Sifa za analogues zake - gallium, india na thaliamu - kwa njia nyingi hufanana na mali ya alumini, kwani vitu hivi vyote vina usanidi sawa wa elektroniki wa kiwango cha nje. ns 2 np 1 na kwa hivyo zote zinaonyesha hali ya oxidation ya 3+.

mali za kimwili. Alumini ni chuma cheupe chenye fedha conductivity ya juu ya mafuta na umeme. Uso wa chuma umefunikwa na filamu nyembamba lakini yenye nguvu sana ya oksidi ya alumini ya Al 2 Oz.

Tabia za kemikali. Alumini inafanya kazi sana ikiwa hakuna filamu ya kinga ya Al 2 Oz. Filamu hii inazuia alumini kuingiliana na maji. Ikiwa filamu ya kinga imeondolewa kwa kemikali (kwa mfano, na ufumbuzi wa alkali), basi chuma huanza kuingiliana kwa nguvu na maji, ikitoa hidrojeni:

Alumini kwa namna ya shavings au poda huwaka sana hewani, ikitoa kiasi kikubwa cha nishati:

Kipengele hiki cha alumini hutumiwa sana kupata metali mbalimbali kutoka kwa oksidi zao kwa kupunguza na alumini. Njia hiyo inaitwa aluminothermia . Aluminothermy inaweza tu kutoa metali hizo ambazo joto la malezi ya oksidi ni chini ya joto la malezi ya Al 2 Oz, kwa mfano:

Inapokanzwa, alumini humenyuka na halojeni salfa, nitrojeni na kaboni, na kutengeneza, mtawaliwa; halidi:

Sulfidi ya alumini na carbudi ya alumini ni hidrolisisi kabisa na kuundwa kwa hidroksidi ya alumini na, ipasavyo, sulfidi hidrojeni na methane.

Alumini ni mumunyifu kwa urahisi katika asidi hidrokloriki ya mkusanyiko wowote:

Asidi za sulfuriki na nitriki zilizojilimbikizia kwenye baridi hazifanyi kazi kwenye alumini (passivate). Katika inapokanzwa alumini ina uwezo wa kupunguza asidi hizi bila mageuzi ya hidrojeni:

KATIKA diluted asidi ya sulfuriki huyeyusha alumini na kutolewa kwa hidrojeni:

KATIKA diluted asidi ya nitriki, majibu yanaendelea na kutolewa kwa oksidi ya nitriki (II):

Alumini huyeyuka katika miyeyusho ya alkali na kabonati za chuma za alkali kuunda tetrahydroxoaluminates:

Oksidi ya alumini. Al 2 O 3 ina marekebisho 9 ya fuwele. A ya kawaida ni marekebisho. Ni ajizi zaidi ya kemikali; kwa msingi wake, fuwele moja ya mawe anuwai hupandwa kwa matumizi katika tasnia ya vito na teknolojia.

Katika maabara, oksidi ya alumini hupatikana kwa kuchoma poda ya alumini katika oksijeni au kwa kuhesabu hidroksidi yake:

oksidi ya alumini, kuwa amphoteric inaweza kuguswa sio tu na asidi, bali pia na alkali, na vile vile wakati wa kuunganishwa na kabonati za chuma za alkali, wakati wa kutoa. metaluminates:

na chumvi za asidi:

hidroksidi ya alumini- dutu nyeupe ya gelatinous, kivitendo haipatikani katika maji, inayo amphoteric mali. Hidroksidi ya alumini inaweza kupatikana kwa kutibu chumvi za alumini na alkali au hidroksidi ya ammoniamu. Katika kesi ya kwanza, ziada ya alkali lazima iepukwe, kwani vinginevyo hidroksidi ya alumini itayeyuka na malezi ya tata. tetrahydroxoaluminates[Al(OH) 4 ]` :

Kwa kweli, katika majibu ya mwisho, ioni za tetrahydroxodiquaaluminate` , hata hivyo, umbo lililorahisishwa [Al(OH) 4 ]` kwa kawaida hutumiwa kuandika miitikio. Kwa acidification dhaifu, tetrahydroxoaluminates huharibiwa:

chumvi za alumini. Karibu chumvi zote za alumini zinaweza kupatikana kutoka kwa hidroksidi ya alumini. Takriban chumvi zote za alumini na asidi kali huyeyushwa sana katika maji na hutiwa hidrolisisi nyingi.

Alumini halidi ni mumunyifu sana katika maji na ni dimers katika muundo wao:

Sulfati za alumini hutiwa hidrolisisi kwa urahisi, kama chumvi zake zote:

Alumini ya potasiamu-alumini pia inajulikana: KAl(SO 4) 2H 12H 2 O.

acetate ya alumini Al(CH 3 COO) 3 kutumika katika dawa kama lotion.

Aluminosilicates. Kwa asili, alumini hutokea kwa namna ya misombo na oksijeni na silicon - aluminosilicates. Fomula yao ya jumla ni: (Na, K) 2 Al 2 Si 2 O 8-nepheline.

Pia, misombo ya asili ya alumini ni: Al2O3- corundum, alumina; na misombo yenye fomula za jumla Al 2 O 3 H nH 2 O na Al(OH) 3H nH 2 O- bauxite.

Risiti. Alumini hupatikana kwa electrolysis ya Al 2 O 3 kuyeyuka.