Maakoore arvukuse poolest on alumiinium metallide seas esikohal ja kõigi elementide seas kolmas (hapniku (O) ja räni (Si) järel), moodustades umbes 8,8% maakoore massist. Alumiiniumi leidub paljudes mineraalides, peamiselt alumosilikaatides ja kivimites. Alumiiniumiühendid sisaldavad graniite, basalte, savi, päevakivi jne. Kuid siin on paradoks: suure hulga alumiiniumi sisaldavate mineraalide ja kivimite tõttu on alumiiniumi tööstusliku tootmise peamise tooraine boksiidi ladestused üsna haruldased. Venemaal on boksiidimaardlad Siberis ja Uuralites. Tööstusliku tähtsusega on ka aluniidid ja nefeliinid. Mikroelemendina esineb alumiiniumi taimede ja loomade kudedes. On koonduvaid organisme, kes koguvad oma organitesse alumiiniumi – mõned samblad ja molluskid.

Kviitung

Tööstuslik tootmine: Tööstuslikus tootmises töödeldakse boksiidi esmalt keemiliselt, eemaldades ränioksiidide (Si), raua (Fe) ja muude elementide lisandid. Sellise töötlemise tulemusena saadakse puhas alumiiniumoksiid Al 2 O 3 - peamine tooraine metallide elektrolüüsil tootmisel. Kuna aga Al 2 O 3 sulamistemperatuur on väga kõrge (üle 2000°C), ei ole võimalik selle sulamit elektrolüüsiks kasutada.

Teadlased ja insenerid leidsid järgmise lahenduse. Elektrolüüsivannis sulatatakse esmalt krüoliit Na 3 AlF 6 (sulamistemperatuur veidi alla 1000 ° C). Krüoliiti saab näiteks Koola poolsaare nefeliinide töötlemisel. Järgmisena lisatakse sellele sulatisele veidi Al 2 O 3 (kuni 10 massiprotsenti) ja mõningaid muid aineid, et parandada järgneva protsessi tingimusi. Selle sulandi elektrolüüsi käigus alumiiniumoksiid laguneb, krüoliit jääb sulatisse ja katoodil moodustub sulaalumiinium:

2Al 2O 3 = 4Al + 3O 2.

Kuna grafiit toimib elektrolüüsi ajal anoodina, reageerib anoodil eralduv hapnik (O) grafiidiga ja moodustub süsinikdioksiid CO 2.

Elektrolüüsil saadakse metalli, mille alumiiniumisisaldus on umbes 99,7%. Tehnoloogias kasutatakse ka palju puhtamat alumiiniumi, milles selle elemendi sisaldus ulatub 99,999% või rohkem.

Rakendus

Kasutusala poolest on alumiinium ja selle sulamid raua (Fe) ja selle sulamite järel teisel kohal. Alumiiniumi laialdane kasutamine erinevates tehnikavaldkondades ja igapäevaelus on seotud selle füüsikaliste, mehaaniliste ja keemiliste omaduste kombinatsiooniga: madal tihedus, korrosioonikindlus atmosfääriõhus, kõrge soojus- ja elektrijuhtivus, plastilisus ja suhteliselt kõrge tugevus. Alumiinium on kergesti töödeldav mitmel erineval viisil – sepistamine, stantsimine, valtsimine jne. Traadi valmistamiseks kasutatakse puhast alumiiniumi (alumiiniumi elektrijuhtivus on 65,5% vase elektrijuhtivusest, alumiinium on aga vasest üle kolme korra kergem, alumiiniumi elektrijuhtivus on 65,5% vase elektrijuhtivusest, kuid alumiinium on vasest rohkem kui kolm korda kergem). seega asendab alumiinium elektrotehnikas sageli vaske ) ja pakkematerjalina kasutatavat fooliumi. Põhiosa sulatatud alumiiniumist kulub erinevate sulamite tootmiseks. Alumiiniumsulamitele on iseloomulik madal tihedus, suurenenud (võrreldes puhta alumiiniumiga) korrosioonikindlus ja kõrged tehnoloogilised omadused: kõrge soojus- ja elektrijuhtivus, kuumakindlus, tugevus ja elastsus. Kaitse- ja dekoratiivkatteid on lihtne kanda alumiiniumisulamite pindadele.

Alumiiniumisulamite omaduste mitmekesisus tuleneb mitmesuguste lisandite lisamisest alumiiniumi, mis moodustavad sellega tahkeid lahuseid või intermetallilisi ühendeid. Põhiosa alumiiniumist kasutatakse kergsulamite tootmiseks - duralumiinium (94% - alumiinium, 4% vask (Cu), 0,5% magneesium (Mg), mangaan (Mn), raud (Fe) ja räni (Si)), silumiin (85-90% - alumiinium, 10-14% räni (Si), 0,1% naatrium (Na)) jne. Metallurgias kasutatakse alumiiniumi mitte ainult sulamite alusena, vaid ka ühe laialdaselt kasutatava legeermaterjalina. lisandid vase (Cu), magneesiumi (Mg), raua (Fe), >nikli (Ni) jne baasil sulamites.

Alumiiniumisulameid kasutatakse laialdaselt igapäevaelus, ehituses ja arhitektuuris, autotööstuses, laevaehituses, lennunduses ja kosmosetehnoloogias. Eelkõige valmistati esimene kunstlik Maa satelliit alumiiniumisulamist. Tuumareaktori ehitamisel kasutatakse laialdaselt alumiiniumi ja tsirkooniumi (Zr) sulamit – tsirkalüüdi. Alumiiniumi kasutatakse lõhkeainete tootmisel.

Erilist tähelepanu väärivad värvilised alumiiniumoksiidi kiled metallilise alumiiniumi pinnal, mis on saadud elektrokeemiliste vahenditega. Selliste kiledega kaetud metallilist alumiiniumi nimetatakse anodeeritud alumiiniumiks. Erinevad ehted on valmistatud anodeeritud alumiiniumist, mis välimuselt meenutab kulda (Au).

Alumiiniumi igapäevaelus käsitsemisel tuleb meeles pidada, et kuumutada ja säilitada alumiiniumanumates (näiteks keeta vett) tohib ainult neutraalseid (happesusega) vedelikke. Kui keedad näiteks alumiiniumpannil haput kapsasuppi, siis läheb alumiinium toidu sisse ja see omandab ebameeldiva “metallilise” maitse. Kuna oksiidkile saab igapäevaelus väga kergesti kahjustada, on alumiiniumist kööginõude kasutamine siiski ebasoovitav.

Alumiiniumi on maapõues palju: 8,6 massiprotsenti. See on kõigi metallide seas esikohal ja muude elementide seas (hapniku ja räni järel) kolmandal kohal. Alumiiniumi on kaks korda rohkem kui rauda ja 350 korda rohkem kui vaske, tsinki, kroomi, tina ja pliid kokku! Nagu ta kirjutas rohkem kui 100 aastat tagasi oma klassikalises õpikus Keemia alused D.I. Mendelejev, kõigist metallidest on „looduses kõige levinum alumiinium; Piisab, kui märkida, et see on savi osa, et teha selgeks alumiiniumi universaalne jaotus maakoores. Alumiiniumi ehk maarjametalli (alumiin) nimetatakse ka saviks, kuna seda leidub savis.

Alumiiniumi tähtsaim mineraal on boksiit, aluselise oksiidi AlO(OH) ja hüdroksiidi Al(OH) 3 segu. Suurimad boksiidimaardlad asuvad Austraalias, Brasiilias, Guineas ja Jamaical; tööstuslikku tootmist teostatakse ka teistes riikides. Alumiiniumirikkad on ka aluniit (maarjakivi) (Na,K) 2 SO 4 ·Al 2 (SO 4) 3 ·4Al(OH) 3 ja nefeliin (Na,K) 2 O·Al 2 O 3 ·2SiO 2. Kokku on teada üle 250 mineraali, mis sisaldavad alumiiniumi; enamik neist on alumosilikaadid, millest moodustub peamiselt maakoor. Nende ilmastikuoludes tekib savi, mille aluseks on mineraalne kaoliniit Al 2 O 3 · 2SiO 2 · 2H 2 O. Raualisandid värvivad savi tavaliselt pruuniks, kuid leidub ka valget savi – kaoliini, millest valmistatakse. portselanist ja savist tooted.

Aeg-ajalt leitakse erakordselt kõva (teemandi järel teisel kohal) mineraalne korund – kristalliline oksiid Al 2 O 3, mida sageli värvivad erinevat värvi lisandid. Selle sinist sorti (titaani ja raua segu) nimetatakse safiiriks, punast (kroomi segu) rubiiniks. Erinevad lisandid võivad värvida ka nn õilsa korundi roheliseks, kollaseks, oranžiks, lillaks jt värviks ja tooniks.

Kuni viimase ajani arvati, et alumiinium kui väga aktiivne metall ei saa vabas olekus looduses esineda, kuid 1978. aastal avastati Siberi platvormi kivimitest looduslik alumiinium - ainult niidilaadsete kristallide kujul. 0,5 mm pikk (keerme paksusega mitu mikromeetrit). Looduslikku alumiiniumi avastati ka Kuu pinnasest, mis toodi Maale Kriisi- ja Küllusemere piirkondadest. Arvatakse, et alumiiniummetalli võib tekkida gaasi kondenseerumisel. On teada, et alumiiniumhalogeniidide - kloriidi, bromiidi, fluoriidi - kuumutamisel võivad need suurema või vähema vaevaga aurustuda (näiteks AlCl 3 sublimeerub juba 180 ° C juures). Temperatuuri tugeva tõusu korral lagunevad alumiiniumhalogeniidid, muutudes madalama metalli valentsiga olekusse, näiteks AlCl. Kui selline ühend kondenseerub temperatuuri languse ja hapniku puudumisega, toimub tahkes faasis disproportsioonireaktsioon: osa alumiiniumi aatomeid oksüdeerub ja läheb tavapärasesse kolmevalentsesse olekusse ning osa redutseerub. Monivalentset alumiiniumi saab redutseerida ainult metalliks: 3AlCl ® 2Al + AlCl 3 . Seda oletust toetab ka natiivsete alumiiniumkristallide niiditaoline kuju. Tavaliselt tekivad selle struktuuriga kristallid kiire kasvu tõttu gaasifaasist. Tõenäoliselt tekkisid sarnasel viisil ka Kuu pinnases olevad mikroskoopilised alumiiniumitükid.

Nimetus alumiinium tuleneb ladinakeelsest sõnast alumen (perekond aluminis). Nii nimetati maarjast, topeltkaalium-alumiiniumsulfaati KAl(SO 4) 2 · 12H 2 O), mida kasutati kangaste värvimisel peitsina. Ladinakeelne nimi pärineb tõenäoliselt kreekakeelsest "halme" -st - soolvesi, soolalahus. On uudishimulik, et Inglismaal on alumiinium alumiinium ja USA-s alumiinium.

Paljud populaarsed keemiaraamatud sisaldavad legendi, et teatud leiutaja, kelle nime ajalugu pole säilitanud, tõi aastatel 14–27 pKr Roomat valitsenud keiser Tiberiusele hõbedavärvi meenutavast metallist valmistatud kausi, kuid heledam. See kingitus maksis meistrile elu: Tiberius käskis tema hukkamise ja töökoja hävitamise, kuna kartis, et uus metall võib keiserlikus riigikassas hõbeda väärtust amortiseerida.

See legend põhineb Rooma kirjaniku ja õpetlase, kirjaniku Plinius Vanema lool Looduslugu– iidsete aegade loodusteaduslike teadmiste entsüklopeedia. Pliniuse sõnul saadi uus metall "savimullast". Kuid savi sisaldab alumiiniumi.

Kaasaegsed autorid teevad peaaegu alati reservatsiooni, et kogu see lugu pole midagi muud kui ilus muinasjutt. Ja see pole üllatav: kivimites sisalduv alumiinium on hapnikuga äärmiselt tihedalt seotud ja selle vabastamiseks tuleb kulutada palju energiat. Hiljuti on aga ilmunud uusi andmeid metallilise alumiiniumi saamise põhimõttelise võimaluse kohta iidsetel aegadel. Nagu spektraalanalüüs näitas, 3. sajandi alguses surnud Hiina komandöri Zhou-Zhu hauakaunistused. AD, on valmistatud sulamist, mis koosneb 85% alumiiniumist. Kas iidsed inimesed võisid saada tasuta alumiiniumi? Kõik teadaolevad meetodid (elektrolüüs, redutseerimine metallilise naatriumi või kaaliumiga) elimineeritakse automaatselt. Kas iidsetel aegadel võis leida looduslikku alumiiniumi, näiteks kulla-, hõbeda- ja vasetükke? See on samuti välistatud: looduslik alumiinium on haruldane mineraal, mida leidub ebaolulistes kogustes, nii et iidsed käsitöölised ei suutnud selliseid tükikesi vajalikus koguses leida ja koguda.

Pliniuse loole on aga võimalik ka teine ​​seletus. Alumiiniumi saab maakidest kätte mitte ainult elektri ja leelismetallide abil. Saadaval ja iidsetest aegadest laialdaselt kasutatud redutseerija on kivisüsi, mille abil paljude metallide oksiidid taandatakse kuumutamisel vabadeks metallideks. 1970. aastate lõpus otsustasid Saksa keemikud katsetada, kas alumiiniumi võidi iidsetel aegadel toota kivisöega redutseerimise teel. Nad kuumutasid savi segu kivisöepulbri ja lauasoola või kaaliumkloriidiga (kaaliumkarbonaat) savitiiglis punaseks. Sool saadi mereveest ja kaaliumkloriid taimetuhast, et kasutada ainult neid aineid ja meetodeid, mis olid kättesaadavad iidsetel aegadel. Mõne aja pärast ujus tiigli pinnale alumiiniumkuulikestega räbu! Metallisaagis oli väike, kuid on võimalik, et just sel viisil said muistsed metallurgid kätte “20. sajandi metalli”.

Alumiiniumi omadused.

Puhta alumiiniumi värvus meenutab hõbedat, see on väga kerge metall: selle tihedus on vaid 2,7 g/cm 3 . Ainsad alumiiniumist kergemad metallid on leelis- ja leelismuldmetallid (va baarium), berüllium ja magneesium. Alumiinium sulab ka kergesti - 600 ° C juures (õhukese alumiiniumtraati saab sulatada tavalisel köögipõletil), kuid keeb ainult 2452 ° C juures. Elektrijuhtivuse poolest on alumiinium 4. kohal, hõbeda järel teisel kohal (see on esikohal), vask ja kuld, millel on alumiiniumi odavust arvestades suur praktiline tähtsus. Metallide soojusjuhtivus muutub samas järjekorras. Alumiiniumi kõrget soojusjuhtivust on lihtne kontrollida, kastes alumiiniumlusika kuuma tee sisse. Ja veel üks selle metalli tähelepanuväärne omadus: selle sile, läikiv pind peegeldab suurepäraselt valgust: spektri nähtavas piirkonnas 80–93%, olenevalt lainepikkusest. Ultraviolettpiirkonnas ei ole alumiiniumil selles osas võrdset ja ainult punases piirkonnas jääb see hõbedale veidi alla (ultravioletis on hõbeda peegelduvus väga madal).

Puhas alumiinium on parajalt pehme metall – pea kolm korda pehmem kui vask, nii et ka suhteliselt jämedaid alumiiniumplaate ja -vardaid on lihtne painutada, kuid kui alumiiniumist moodustub sulameid (neid on tohutult palju), võib selle kõvadus kümnekordistada.

Alumiiniumi iseloomulik oksüdatsiooniaste on +3, kuid täitmata 3 olemasolu tõttu R- ja 3 d-orbitaalid, alumiiniumi aatomid võivad moodustada täiendavaid doonor-aktseptor sidemeid. Seetõttu on väikese raadiusega Al 3+ ioon väga vastuvõtlik komplekside tekkele, moodustades mitmesuguseid katioonseid ja anioonseid komplekse: AlCl 4 –, AlF 6 3–, 3+, Al(OH) 4 –, Al(OH) 6 3–, AlH 4 – ja paljud teised. Tuntud on ka kompleksid orgaaniliste ühenditega.

Alumiiniumi keemiline aktiivsus on väga kõrge; elektroodide potentsiaalide reas seisab see vahetult magneesiumi taga. Esmapilgul võib selline väide tunduda kummaline: alumiiniumist pann või lusikas on ju õhus üsna stabiilne ega vaju keevas vees kokku. Alumiinium, erinevalt rauast, ei roosteta. Selgub, et õhuga kokku puutudes katab metall värvitu õhukese, kuid vastupidava oksiidist “soomuse”, mis kaitseb metalli oksüdeerumise eest. Seega, kui sisestate põleti leeki paksu alumiiniumtraadi või plaadi, mille paksus on 0,5–1 mm, siis metall sulab, kuid alumiinium ei voola, kuna see jääb oma oksiidikotti. Kui jätate alumiiniumist kaitsekilest ilma või teete selle lahti (näiteks kastes selle elavhõbedasoolade lahusesse), paljastab alumiinium kohe oma tõelise olemuse: juba toatemperatuuril hakkab see veega intensiivselt reageerima, vabastades vesinikku. : 2Al + 6H2O® 2Al(OH)3 + 3H2. Õhus muutub kaitsekilest eemaldatud alumiinium otse meie silme all lahtiseks oksiidpulbriks: 2Al + 3O 2 ® 2Al 2 O 3 . Alumiinium on eriti aktiivne peeneks purustatud olekus; Leeki puhumisel põleb alumiiniumtolm koheselt. Kui segate keraamilisel plaadil alumiiniumtolmu naatriumperoksiidiga ja tilgute segule vett, süttib ka alumiinium ja põleb valge leegiga.

Alumiiniumi väga kõrge afiinsus hapniku suhtes võimaldab tal hapnikku "ära võtta" paljude teiste metallide oksiididelt, redutseerides neid (alumiiniumtermiline meetod). Tuntuim näide on termiidisegu, mille põletamisel eraldub nii palju soojust, et tekkiv raud sulab: 8Al + 3Fe 3 O 4 ® 4Al 2 O 3 + 9Fe. Selle reaktsiooni avastas 1856. aastal N. N. Beketov. Sel viisil saab metallideks redutseerida Fe 2 O 3, CoO, NiO, MoO 3, V 2 O 5, SnO 2, CuO ja mitmed teised oksiidid. Cr 2 O 3, Nb 2 O 5, Ta 2 O 5, SiO 2, TiO 2, ZrO 2, B 2 O 3 redutseerimisel alumiiniumiga ei piisa reaktsioonisoojust reaktsiooniproduktide kuumutamiseks üle nende sulamistemperatuuri.

Alumiinium lahustub kergesti lahjendatud mineraalhapetes, moodustades soolasid. Alumiiniumi pinda oksüdeeriv kontsentreeritud lämmastikhape soodustab oksiidkile paksenemist ja tugevnemist (nn metalli passiveerimist). Sel viisil töödeldud alumiinium ei reageeri isegi vesinikkloriidhappega. Elektrokeemilise anoodoksüdatsiooni (anodeerimise) abil saab alumiiniumi pinnale tekitada paksu kile, mida saab kergesti värvida erinevates värvides.

Vähemaktiivsete metallide väljatõrjumist alumiiniumi poolt soolalahustest takistab sageli alumiiniumi pinnal olev kaitsekile. See kile hävib kiiresti vaskkloriidi toimel, nii et reaktsioon 3CuCl 2 + 2Al ® 2AlCl 3 + 3Cu toimub kergesti, millega kaasneb tugev kuumenemine. Tugevates leeliste lahustes lahustub alumiinium kergesti vesiniku vabanemisega: 2Al + 6NaOH + 6H 2 O ® 2Na 3 + 3H 2 (tekivad ka muud anioonsed hüdroksokompleksid). Alumiiniumiühendite amfoteersus avaldub ka selle värskelt sadestunud oksiidi ja hüdroksiidi kerges lahustumises leelistes. Kristalne oksiid (korund) on väga vastupidav hapetele ja leelistele. Leelistega sulatamisel tekivad veevabad aluminaadid: Al 2 O 3 + 2NaOH ® 2NaAlO 2 + H 2 O. Magneesiumaluminaat Mg(AlO 2) 2 on poolvääriskivi spinellkivi, mis on tavaliselt värvitud väga erinevat värvi lisanditega. .

Alumiiniumi reaktsioon halogeenidega toimub kiiresti. Kui õhuke alumiiniumtraat viiakse katseklaasi 1 ml broomiga, süttib alumiinium lühikese aja pärast ja põleb ereda leegiga. Alumiiniumi ja joodi pulbrite segu reaktsiooni käivitab tilk vett (vesi koos joodiga moodustab happe, mis hävitab oksiidkile), misjärel ilmub ere leek koos violetse joodiauru pilvedega. Alumiiniumhalogeniididel vesilahustes on hüdrolüüsi tõttu happeline reaktsioon: AlCl 3 + H 2 O Al(OH)Cl 2 + HCl.

Alumiiniumi reaktsioon lämmastikuga toimub ainult temperatuuril üle 800 ° C nitriidi AlN moodustumisega, väävliga - temperatuuril 200 ° C (tekib sulfiid Al 2 S 3), fosforiga - temperatuuril 500 ° C (tekkib fosfiid AlP). Kui sula alumiiniumile lisatakse boori, tekivad boriidid koostisega AlB 2 ja AlB 12 - hapetele vastupidavad tulekindlad ühendid. Hüdriid (AlH) x (x = 1,2) tekib ainult vaakumis madalatel temperatuuridel aatomi vesiniku reaktsioonil alumiiniumi auruga. AlH3-hüdriid, mis on toatemperatuuril niiskuse puudumisel stabiilne, saadakse veevaba eetri lahuses: AlCl3 + LiH® AlH3 + 3LiCl. LiH liiaga tekib soolataoline liitiumalumiiniumhüdriid LiAlH 4 – väga tugev redutseerija, mida kasutatakse orgaanilistes sünteesides. See laguneb koheselt veega: LiAlH 4 + 4H 2 O ® LiOH + Al(OH) 3 + 4H 2.

Alumiiniumi tootmine.

Alumiiniumi dokumenteeritud avastus leidis aset 1825. aastal. Selle metalli sai esmakordselt kätte Taani füüsik Hans Christian Oersted, kui ta eraldas selle kaaliumamalgaami toimel veevabale alumiiniumkloriidile (saadud kloori juhtimisel läbi kuuma alumiiniumoksiidi ja kivisöe segu) ). Pärast elavhõbeda destilleerimist sai Oersted alumiiniumi, kuigi see oli saastunud lisanditega. 1827. aastal sai saksa keemik Friedrich Wöhler heksafluoroaluminaadi redutseerimisel kaaliumiga pulbrilise alumiiniumi:

Na 3 AlF 6 + 3K ® Al + 3NaF + 3KF. Hiljem õnnestus tal saada alumiiniumi läikivate metallkuulikestena. 1854. aastal töötas prantsuse keemik Henri Etienne Saint-Clair Deville välja esimese tööstusliku meetodi alumiiniumi tootmiseks – tetrakloroaluminaadi sulamise vähendamisel naatriumiga: NaAlCl 4 + 3Na ® Al + 4NaCl. Alumiinium oli aga jätkuvalt äärmiselt haruldane ja kallis metall; see ei olnud palju odavam kui kuld ja 1500 korda kallim kui raud (nüüd ainult kolm korda). Prantsuse keisri Napoleon III pojale valmistati 1850. aastatel kõristi kullast, alumiiniumist ja vääriskividest. Kui 1855. aastal Pariisi maailmanäitusel eksponeeriti uut meetodit toodetud alumiiniumi suurt valuplokki, vaadati seda kui ehteid. USA pealinnas asuva Washingtoni monumendi ülemine osa (püramiidi kujul) oli valmistatud vääris alumiiniumist. Tol ajal ei olnud alumiinium hõbedast palju odavam: näiteks USA-s müüdi seda 1856. aastal hinnaga 12 dollarit nael (454 g) ja hõbedat 15 dollari eest 1890. aastal avaldatud Brockhausi entsüklopeediline sõnaraamat ütles Efron, et "alumiiniumi kasutatakse endiselt peamiselt... luksuskaupade valmistamiseks". Selleks ajaks kaevandati kogu maailmas vaid 2,5 tonni metalli aastas. Alles 19. sajandi lõpupoole, kui alumiiniumi tootmiseks töötati välja elektrolüütiline meetod, hakkas selle aastane toodang ulatuma tuhandetesse tonnidesse ja 20. sajandil. - miljon tonni. See muutis alumiiniumi poolvääriskismetallist laialdaselt kättesaadavaks metalliks.

Kaasaegse alumiiniumi tootmise meetodi avastas 1886. aastal noor Ameerika teadlane Charles Martin Hall. Huvi keemia vastu tekkis tal juba lapsepõlves. Olles leidnud isa vana keemiaõpiku, asus ta seda usinalt uurima ja katseid tegema, saades kord isegi emalt noomituse õhtusöögilaudlina rikkumise eest. Ja 10 aastat hiljem tegi ta silmapaistva avastuse, mis tegi ta kuulsaks kogu maailmas.

16-aastase õpilasena kuulis Hall oma õpetajalt F. F. Jewettilt, et kui keegi suudaks välja töötada odava meetodi alumiiniumi tootmiseks, ei teeks see inimene inimkonnale mitte ainult suurt teenistust, vaid teeniks ka tohutu varanduse. Jewett teadis, mida ta räägib: ta oli varem Saksamaal koolitanud, töötanud koos Wöhleriga ja arutanud temaga alumiiniumi tootmise probleeme. Jewett tõi Ameerikasse kaasa ka haruldase metalli näidise, mida ta oma õpilastele näitas. Järsku teatas Hall avalikult: "Ma saan selle metalli!"

Kuus aastat rasket tööd jätkus. Hall püüdis alumiiniumi hankida erinevatel meetoditel, kuid edutult. Lõpuks proovis ta seda metalli elektrolüüsi abil ekstraheerida. Tol ajal elektrijaamu ei olnud vaja toota söest, tsingist, lämmastik- ja väävelhappest valmistatud suuri isetehtud patareisid. Hall töötas laudas, kus ta rajas väikese labori. Teda aitas õde Julia, kes oli venna katsetest väga huvitatud. Ta säilitas kõik tema kirjad ja tööpäevikud, mis võimaldavad sõna otseses mõttes jälgida avastuse ajalugu päevast päeva. Siin on väljavõte tema memuaaridest:

"Charles oli alati heas tujus ja isegi halvimatel päevadel suutis ta naerda õnnetute leiutajate saatuse üle. Ebaõnnestumisel leidis ta lohutust meie vana klaveri juurest. Kodulaboris töötas ta pikki tunde ilma vaheajata; ja kui ta sai korraks komplektist lahkuda, tormas ta meie pikast majast üle, et natukene mängida... ma teadsin, et sellise võlu ja tundega mängides mõtles ta pidevalt oma tööle. Ja muusika aitas teda selles.

Kõige keerulisem oli valida elektrolüüti ja kaitsta alumiiniumi oksüdeerumise eest. Pärast kuuekuulist kurnavat tööd ilmus tiiglisse lõpuks mitu väikest hõbedast kuuli. Hall jooksis kohe oma endise õpetaja juurde, et talle oma edust rääkida. "Professor, ma sain aru!" hüüatas ta kätt sirutades: tema peopesas lebas tosin väikest alumiiniumkuuli. See juhtus 23. veebruaril 1886. Ja täpselt kaks kuud hiljem, sama aasta 23. aprillil, võttis prantslane Paul Héroux välja patendi sarnasele leiutisele, mille ta tegi iseseisvalt ja peaaegu üheaegselt (tormavad ka kaks muud kokkusattumust: nii Hall kui ka Héroux sündisid 1863. aastal ja surid 1914. aastal).

Nüüd hoitakse esimesi Halli toodetud alumiiniumkuule rahvusliku reliikviana Pittsburghis asuvas American Aluminium Companys ja tema kolledžis on Hallile alumiiniumist valatud monument. Jewett kirjutas hiljem: „Minu kõige olulisem avastus oli inimese avastamine. See oli Charles M. Hall, kes avastas 21-aastaselt meetodi alumiiniumi redutseerimiseks maagist ja tegi sellega alumiiniumist selle imelise metalli, mida praegu kasutatakse laialdaselt kogu maailmas. Jewetti ennustus läks tõeks: Hall pälvis laialdase tunnustuse ja temast sai paljude teadusseltside auliige. Kuid tema isiklik elu oli ebaõnnestunud: pruut ei tahtnud leppida tõsiasjaga, et tema kihlatu veedab kogu oma aja laboris, ja katkestas kihluse. Hall leidis lohutust oma sünnikõrgkoolis, kus ta töötas kuni oma elu lõpuni. Nagu Charlesi vend kirjutas: "Kolledž oli tema naine, lapsed ja kõik muu - kogu tema elu." Hall pärandas suurema osa oma pärandist kolledžile – 5 miljonit dollarit suri 51-aastaselt leukeemiasse.

Halli meetod võimaldas toota elektrit kasutades suures mahus suhteliselt odavat alumiiniumi. Kui aastatel 1855–1890 saadi ainult 200 tonni alumiiniumi, siis järgmisel kümnendil saadi Halli meetodil seda metalli kogu maailmas juba 28 000 tonni! 1930. aastaks ulatus ülemaailmne aastane alumiiniumitoodang 300 tuhande tonnini. Nüüd toodetakse aastas üle 15 miljoni tonni alumiiniumi. Spetsiaalsetes vannides temperatuuril 960–970 ° C töödeldakse alumiiniumoksiidi (tehniline Al 2 O 3) lahus sulas krüoliidis Na 3 AlF 6, mis on osaliselt kaevandatud mineraali kujul ja osaliselt spetsiaalselt sünteesitud. elektrolüüsile. Vedel alumiinium koguneb vanni (katoodi) põhja, süsiniku anoodidel eraldub hapnik, mis järk-järgult põleb. Madalpingel (umbes 4,5 V) tarbivad elektrolüsaatorid tohutuid voolusid - kuni 250 000 A! Üks elektrolüsaator toodab umbes tonni alumiiniumi päevas. Tootmine nõuab palju elektrit: 1 tonni metalli tootmiseks kulub 15 000 kilovatt-tundi elektrit. Sellise koguse elektrit tarbib suur 150 korteriga maja terve kuu. Alumiiniumi tootmine on keskkonnaohtlik, kuna atmosfääriõhk on saastatud lenduvate fluoriühenditega.

Alumiiniumi pealekandmine.

Isegi D.I. Mendelejev kirjutas, et "metalalumiinium, millel on suur kergus ja tugevus ning õhu varieeruvus, sobib mõne toote jaoks väga hästi." Alumiinium on üks levinumaid ja odavamaid metalle. Tänapäeva elu ilma selleta on raske ette kujutada. Pole ime, et alumiiniumi nimetatakse 20. sajandi metalliks. See sobib hästi töötlemiseks: sepistamine, stantsimine, valtsimine, joonistamine, pressimine. Puhas alumiinium on üsna pehme metall; Seda kasutatakse elektrijuhtmete, konstruktsiooniosade, toidufooliumi, köögiriistade ja “hõbedase” värvi valmistamiseks. Seda kaunist ja kerget metalli kasutatakse laialdaselt ehitus- ja lennutehnoloogias. Alumiinium peegeldab valgust väga hästi. Seetõttu kasutatakse seda peeglite valmistamiseks metalli vaakumis sadestamise meetodil.

Lennuki- ja masinaehituses, ehituskonstruktsioonide valmistamisel kasutatakse palju kõvemaid alumiiniumisulameid. Üks kuulsamaid on alumiiniumi sulam vase ja magneesiumiga (duralumiinium või lihtsalt "duralumiinium"; nimi pärineb Saksamaa linnast Duren). Pärast kõvenemist omandab see sulam erilise kõvaduse ja muutub ligikaudu 7 korda tugevamaks kui puhas alumiinium. Samas on see rauast ligi kolm korda kergem. See saadakse alumiiniumi legeerimisel väikeste vase, magneesiumi, mangaani, räni ja raua lisanditega. Laialdaselt kasutatakse silumiine – alumiiniumi ja räni valusulameid. Toodetakse ka ülitugevaid, krüogeenseid (külmakindlaid) ja kuumakindlaid sulameid. Kaitse- ja dekoratiivkatteid on lihtne paigaldada alumiiniumisulamitest valmistatud toodetele. Alumiiniumisulamite kergus ja tugevus on eriti kasulikud lennutehnoloogias. Näiteks on helikopteri rootorid valmistatud alumiiniumi, magneesiumi ja räni sulamist. Suhteliselt odav alumiiniumpronks (kuni 11% Al) on kõrgete mehaaniliste omadustega, see on stabiilne merevees ja isegi lahjendatud vesinikkloriidhappes. Aastatel 1926–1957 vermiti NSV Liidus alumiiniumpronksist münte nimiväärtusega 1, 2, 3 ja 5 kopikat.

Praegu kulub ehituseks veerand kogu alumiiniumist, sama palju kulub transporditehnikale, ligikaudu 17% kulub pakkematerjalidele ja purkidele ning 10% elektrotehnikale.

Paljud tule- ja plahvatusohtlikud segud sisaldavad ka alumiiniumi. Alumotol, trinitrotolueeni ja alumiiniumipulbri valatud segu, on üks võimsamaid tööstuslikke lõhkeaineid. Ammonaal on plahvatusohtlik aine, mis koosneb ammooniumnitraadist, trinitrotolueenist ja alumiiniumipulbrist. Süttimiskompositsioonid sisaldavad alumiiniumi ja oksüdeerivat ainet - nitraati, perkloraati. Zvezdochka pürotehnilised kompositsioonid sisaldavad ka pulbrilist alumiiniumi.

Alumiiniumipulbri segu metallioksiididega (termiit) kasutatakse teatud metallide ja sulamite tootmiseks, rööbaste keevitamiseks ja süütelaskemoonas.

Alumiinium on leidnud praktilist kasutust ka raketikütusena. 1 kg alumiiniumi täielikuks põletamiseks kulub peaaegu neli korda vähem hapnikku kui 1 kg petrooleumi jaoks. Lisaks saab alumiiniumi oksüdeerida mitte ainult vaba hapnikuga, vaid ka seotud hapnikuga, mis on osa veest või süsinikdioksiidist. Kui alumiinium "põleb" vees, eraldub 1 kg toote kohta 8800 kJ; seda on 1,8 korda vähem kui metalli põlemisel puhtas hapnikus, kuid 1,3 korda rohkem kui õhus põlemisel. See tähendab, et ohtlike ja kallite ühendite asemel võib sellise kütuse oksüdeerijana kasutada lihtsat vett. Idee kasutada alumiiniumi kütusena pakkus juba 1924. aastal välja kodumaine teadlane ja leiutaja F.A. Tsander. Tema plaani järgi on võimalik lisakütusena kasutada kosmoseaparaadi alumiiniumelemente. See julge projekt pole veel praktiliselt ellu viidud, kuid enamik praegu teadaolevaid tahkeid raketikütuseid sisaldavad metallilist alumiiniumi peene pulbri kujul. 15% alumiiniumi lisamine kütusele võib tõsta põlemisproduktide temperatuuri tuhande kraadi võrra (2200-lt 3200 K-le); Märkimisväärselt suureneb ka põlemisproduktide voolukiirus mootori düüsist - see on peamine energianäitaja, mis määrab raketikütuse efektiivsuse. Selles osas suudavad alumiiniumiga konkureerida ainult liitium, berüllium ja magneesium, kuid kõik need on alumiiniumist palju kallimad.

Laialdaselt kasutatakse ka alumiiniumiühendeid. Alumiiniumoksiid on tulekindel ja abrasiivne (smirgel) materjal, keraamika tootmise tooraine. Seda kasutatakse ka lasermaterjalide, kellalaagrite ja ehtekivide (kunstlikud rubiinid) valmistamiseks. Kaltsineeritud alumiiniumoksiid on adsorbent gaaside ja vedelike puhastamiseks ning mitmete orgaaniliste reaktsioonide katalüsaator. Veevaba alumiiniumkloriid on orgaanilise sünteesi (Friedel-Craftsi reaktsioon) katalüsaator, kõrge puhtusastmega alumiiniumi tootmise lähteaine. Alumiiniumsulfaati kasutatakse vee puhastamiseks; reageerib selles sisalduva kaltsiumvesinikkarbonaadiga:

Al 2 (SO 4) 3 + 3Ca(HCO 3) 2 ® 2AlO(OH) + 3CaSO 4 + 6CO 2 + 2H 2 O, moodustab oksiidhüdroksiidhelbeid, mis settides seovad kinni ja ka sorbeerivad pinnal olevad hõljuvad lisandid ja isegi mikroorganismid vees. Lisaks kasutatakse alumiiniumsulfaati peitsina kangaste värvimisel, naha parkimisel, puidu konserveerimisel ja paberi liimimisel. Kaltsiumaluminaat on tsemendimaterjalide, sealhulgas portlandtsemendi komponent. Ütriumalumiiniumgranaat (YAG) YAlO 3 on lasermaterjal. Alumiiniumnitriid on elektriahjude tulekindel materjal. Sünteetilised tseoliidid (need kuuluvad alumosilikaatide hulka) on adsorbendid kromatograafias ja katalüsaatorid. Alumiiniumorgaanilised ühendid (näiteks trietüülalumiinium) on Ziegler-Natta katalüsaatorite komponendid, mida kasutatakse polümeeride, sealhulgas kvaliteetse sünteetilise kummi sünteesiks.

Ilja Leenson

Kirjandus:

Tihhonov V.N. Alumiiniumi analüütiline keemia. M., "Teadus", 1971
Populaarne keemiliste elementide raamatukogu. M., "Teadus", 1983
Craig N.C. Charles Martin Hall ja tema Metal. J. Chem.Educ. 1986, kd. 63, nr 7
Kumar V., Milewski L. Charles Martin Hall ja suur alumiiniumrevolutsioon. J. Chem.Educ., 1987, kd. 64, nr 8

• Nimetus - Al (alumiinium);
• Periood - III;
• Rühm - 13 (IIIa);
• Aatommass - 26,981538;
• Aatomarv - 13;
• Aatomi raadius = 143 pm;
• kovalentne raadius = 121 pm;
• Elektronide jaotus - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1 ;
• sulamistemperatuur = 660 °C;
• keemistemperatuur = 2518°C;
• Elektronegatiivsus (Paulingi järgi / Alpredi ja Rochowi järgi) = 1,61/1,47;
• Oksüdatsiooniaste: +3,0;
• Tihedus (nr) = 2,7 g/cm3;
• Molaarmaht = 10,0 cm 3 /mol.

Alumiiniumi (maarja) hankis esmakordselt 1825. aastal taanlane G. K. Oersted. Algselt, enne tööstusliku tootmismeetodi avastamist, oli alumiinium kullast kallim.

Alumiinium on maapõues enim esinev metall (massiosa on 7-8%) ning kõigist elementidest hapniku ja räni järel kolmandal kohal. Alumiiniumi proirodis vabal kujul ei leidu.

Kõige olulisemad looduslikud alumiiniumiühendid:

• alumosilikaadid - Na 2 O Al 2 O 3 2SiO 2; K 2 O Al 2 O 3 2SiO 2
• boksiit - Al 2 O 3 · n H2O
• korund - Al 2 O 3
• krüoliit - 3NaF AlF 3

Riis. Alumiiniumi aatomi struktuur.

Alumiinium on keemiliselt aktiivne metall – selle välisel elektroonilisel tasandil on kolm elektroni, mis osalevad kovalentsete sidemete moodustumisel, kui alumiinium interakteerub teiste keemiliste elementidega (vt Kovalentne side). Alumiinium on tugev redutseerija ja kõigi ühendite oksüdatsiooniaste on +3.

Toatemperatuuril reageerib alumiinium atmosfääriõhus sisalduva hapnikuga, moodustades tugeva oksiidkile, mis takistab usaldusväärselt metalli edasist oksüdeerumist (korrosiooni), mille tulemusena alumiiniumi keemiline aktiivsus väheneb.

Tänu oksiidkilele ei reageeri alumiinium toatemperatuuril lämmastikhappega, seetõttu on alumiiniumist kööginõud usaldusväärne anum lämmastikhappe hoidmiseks ja transportimiseks.

Alumiiniumi füüsikalised omadused:

• hõbevalge metall;
• tahke;
• kestev;
• lihtne;
• plastik (venitatud õhukeseks traadiks ja fooliumiks);
• on kõrge elektri- ja soojusjuhtivusega;
• sulamistemperatuur 660°C
• looduslik alumiinium koosneb ühest isotoobist 27 13 Al

Alumiiniumi keemilised omadused:

• oksiidkile eemaldamisel reageerib alumiinium veega:
  2Al + 6H20 = 2Al(OH)3 + 3H2;
• toatemperatuuril reageerib see broomi ja klooriga, moodustades soolad:
  2Al + 3Br2 = 2AICI3;
• kõrgel temperatuuril reageerib alumiinium hapniku ja väävliga (reaktsiooniga kaasneb suure hulga soojuse eraldumine):
  4Al + 3O 2 = 2Al 2O 3 + Q;
  2Al + 3S = Al2S3 + Q;
• temperatuuril t=800°C reageerib lämmastikuga:
  2AI + N2 = 2AlN;
• temperatuuril t=2000°C reageerib süsinikuga:
  2Al + 3C = Al4C3;
• redutseerib paljud metallid nende oksiididest - aluminotermia(temperatuuril kuni 3000°C) toodetakse tööstuslikult volframi, vanaadiumi, titaani, kaltsiumi, kroomi, rauda, ​​mangaani:
  8Al + 3Fe3O4 = 4Al2O3 + 9Fe;
• reageerib vesinikkloriidi ja lahjendatud väävelhappega, vabastades vesinikku:
  2Al + 6HCl = 2AICl3 + 3H2;
  2Al + 3H2S04 = Al2(SO4)3 + 3H2;
• reageerib kõrgel temperatuuril kontsentreeritud väävelhappega:
  2Al + 6H2SO4 = Al2(SO4)3 + 3SO2 + 6H20;
• reageerib leelistega vesiniku vabanemise ja komplekssoolade moodustumisega - reaktsioon toimub mitmes etapis: alumiiniumi kastmisel leeliselahusesse lahustub metalli pinnal olev vastupidav kaitsev oksiidkile; pärast kile lahustumist reageerib alumiinium aktiivse metallina veega, moodustades alumiiniumhüdroksiidi, mis reageerib leelisega amfoteerse hüdroksiidina:
  • Al 2 O 3 + 2NaOH = 2NaAlO 2 +H 2 O - oksiidkile lahustumine;
  • 2Al+6H 2 O = 2Al(OH) 3 +3H 2 - alumiiniumi interaktsioon veega, moodustades alumiiniumhüdroksiidi;
  • NaOH+Al(OH) 3 = NaAlO 2 + 2H 2 O - alumiiniumhüdroksiidi interaktsioon leelisega
  • 2Al+2NaOH+2H 2 O = 2NaAlO 2 +3H 2 - alumiiniumi ja leelise reaktsiooni üldvõrrand.

Alumiiniumist ühendused

Al 2 O 3 (alumiiniumoksiid)

Alumiiniumoksiid Al 2 O 3 on valge, väga tulekindel ja kõva aine (looduses on kõvemad vaid teemant, karborund ja borasoon).

Alumiiniumoksiidi omadused:

• ei lahustu vees ja reageerib sellega;
• on amfoteerne aine, mis reageerib hapete ja leelistega:
  Al2O3 + 6HCl = 2AICl3 + 3H20;
  Al2O3 + 6NaOH + 3H2O = 2Na3;
• kuidas amfoteerne oksiid reageerib, kui see sulatatakse metallioksiidide ja sooladega, moodustades aluminaate:
  Al 2 O 3 + K 2 O = 2 KAlO 2.

Tööstuses saadakse alumiiniumoksiidi boksiidist. Laboritingimustes saab alumiiniumoksiidi saada alumiiniumi põletamisel hapnikus:
4Al + 3O 2 = 2Al 2 O 3.

Alumiiniumoksiidi rakendused:

• alumiiniumi ja elektrikeraamika tootmiseks;
• abrasiivse ja tulekindla materjalina;
• orgaaniliste sünteesireaktsioonide katalüsaatorina.

Al(OH)3

Alumiiniumhüdroksiid Al(OH)3 on valge kristalne tahke aine, mis saadakse vahetusreaktsiooni tulemusena alumiiniumhüdroksiidi lahusest – see sadestub valge želatiinse sadena, mis aja jooksul kristalliseerub. See amfoteerne ühend on vees peaaegu lahustumatu:
Al(OH)3 + 3NaOH = Na3;
Al(OH)3 + 3HCl = AlCl3 + 3H2O.

• Al(OH)3 interaktsioon hapetega:
  Al(OH)3 +3H + Cl = Al3+Cl3 +3H2O
• Al(OH)3 interaktsioon leelistega:
  Al(OH)3 +NaOH - = NaAlO2 - +2H2O

Alumiiniumhüdroksiid saadakse leeliste toimel alumiiniumisoolade lahustele:
AlCl3 + 3NaOH = Al(OH)3 + 3NaCl.

Alumiiniumi tootmine ja kasutamine

Alumiiniumi on keemiliste vahenditega looduslikest ühenditest üsna raske eraldada, mis on seletatav alumiiniumoksiidi sidemete suure tugevusega, seetõttu kasutatakse alumiiniumi tööstuslikuks tootmiseks alumiiniumoksiidi Al 2 O 3 lahuse elektrolüüsi sulas krüoliidis Na 3; Kasutatakse AlF 6. Protsessi tulemusena vabaneb katoodil alumiinium ja anoodil hapnik:

2Al 2O 3 → 4Al + 3O 2

Lähteaineks on boksiit. Elektrolüüs toimub temperatuuril 1000°C: alumiiniumoksiidi sulamistemperatuur on 2500°C – sellel temperatuuril ei ole võimalik elektrolüüsi läbi viia, mistõttu alumiiniumoksiid lahustatakse sulas krüoliidis ja alles siis kasutatakse saadud elektrolüüti. elektrolüüsil alumiiniumi tootmiseks.

Alumiiniumi kasutamine:

• alumiiniumisulameid kasutatakse laialdaselt konstruktsioonimaterjalidena auto-, lennuki- ja laevaehituses: duralumiinium, silumiin, alumiiniumpronks;
• keemiatööstuses redutseerijana;
• toiduainetööstuses fooliumi, lauanõude, pakkematerjali tootmiseks;
• juhtmete tegemiseks jne.

1807. aasta paiku andis Davy, kes üritas läbi viia alumiiniumoksiidi elektrolüüsi, seda sisaldavale metallile nimeks Alumium. Alumiiniumi sai esmakordselt Hans Oersted 1825. aastal kaaliumamalgaami toimel alumiiniumkloriidile, millele järgnes elavhõbeda destilleerimine. 1827. aastal eraldas Wöhler alumiiniummetalli tõhusamal viisil – kuumutades veevaba alumiiniumkloriidi kaaliummetalliga.

Looduses viibimine, saades:

Looduses esinemise poolest on see metallide hulgas 1. ja elementide hulgas 3. kohal, hapniku ja räni järel teisel kohal. Alumiiniumisisaldus maakoores on erinevate teadlaste andmetel vahemikus 7,45–8,14% maakoore massist. Looduses leidub alumiiniumi ainult ühendites (mineraalides).
Korund: Al 2 O 3 - kuulub lihtsate oksiidide klassi ja moodustab mõnikord läbipaistvaid vääriskristalle - safiiri ja kroomi lisamisega rubiini. Koguneb asetajatesse.
Boksiit: Al 2 O 3 *nH 2 O - settelised alumiiniumimaagid. Sisaldavad kahjulikku lisandit - SiO 2. Boksiit on oluline tooraine alumiiniumi, samuti värvide ja abrasiivide tootmisel.
Kaoliniit: Al 2 O 3 * 2SiO 2 * 2H 2 O on kihilise silikaadi alamklassi mineraal, valge, tulekindla ja portselansavi põhikomponent.
Kaasaegse alumiiniumi tootmise meetodi töötasid iseseisvalt välja ameeriklane Charles Hall ja prantslane Paul Héroux. See koosneb alumiiniumoksiidi Al 2 O 3 lahustamisest krüoliidi Na 3 AlF 3 sulatis, millele järgneb elektrolüüs grafiitelektroodide abil. See tootmismeetod nõuab palju elektrit ja sai seetõttu populaarseks alles 20. sajandil. 1 tonni alumiiniumi tootmiseks kulub 1,9 tonni alumiiniumoksiidi ja 18 tuhat kWh elektrit.

Füüsikalised omadused:

Metall on hõbevalge, kerge, tihedus 2,7 g/cm 3, sulamistemperatuur 660°C, keemistemperatuur 2500°C. Kõrge elastsus, rullitud õhukesteks lehtedeks ja ühtlaseks fooliumiks. Alumiiniumil on kõrge elektri- ja soojusjuhtivus ning see peegeldab hästi. Alumiinium moodustab sulameid peaaegu kõigi metallidega.

Keemilised omadused:

Tavatingimustes on alumiinium kaetud õhukese ja vastupidava oksiidkilega ning seetõttu ei reageeri see klassikaliste oksüdeerivate ainetega: H 2 O (t° O 2, HNO 3) (ilma kuumutamata); Tänu sellele ei ole alumiinium praktiliselt korrosioonile allutatud ja on seetõttu kaasaegses tööstuses laialdaselt nõutud. Kui aga oksiidkile hävib (näiteks kokkupuutel ammooniumisoolade NH4+ lahustega, kuumade leelistega või amalgamatsiooni tulemusena), toimib alumiinium aktiivse redutseeriva metallina. Reageerib kergesti lihtsate ainetega: hapnik, halogeenid: 2Al + 3Br 2 = 2AlBr 3
Alumiinium reageerib kuumutamisel teiste mittemetallidega:
2Al + 3S = Al 2S 3 2Al + N 2 = 2AlN
Alumiinium suudab lahustada ainult vesinikku, kuid ei reageeri sellega.
Komplekssete ainetega: alumiinium reageerib leelistega (moodustab tetrahüdroksüaluminaate):
2Al + 2NaOH + 6H2O = 2Na + 3H2
Lahustub kergesti lahjendatud ja kontsentreeritud väävelhapetes:
2Al + 3H 2SO 4 (dil) = Al 2 (SO 4) 3 + 3H 2 2Al + 6H 2 SO 4 (konts.) = Al 2 (SO 4) 3 + 3SO 2 + 6H 2 O
Alumiinium redutseerib metalle nende oksiididest (aluminotermia): 8Al + 3Fe 3 O 4 = 4Al 2 O 3 + 9Fe

Kõige olulisemad ühendused:

Alumiiniumoksiid, Al 2 O 3: tahke, tulekindel valge aine. Kristalliline Al 2 O 3 on keemiliselt passiivne, amorfne on aktiivsem. Reageerib aeglaselt lahuses olevate hapete ja leelistega, millel on amfoteersed omadused:
Al 2 O 3 + 6HCl (konts.) = 2AlCl 3 + ZH 2 O Al 2 O 3 + 2NaOH (konts.) + 3H 2 O = 2Na
(Leelissulatis tekib NaAlO 2).
Alumiiniumhüdroksiid, Al(OH) 3: valge amorfne (geelitaoline) või kristalne. Vees praktiliselt lahustumatu. Kuumutamisel laguneb see samm-sammult. Sellel on amfoteersed, võrdselt väljendunud happelised ja aluselised omadused. NaOH-ga sulatamisel tekib NaAlO 2. Al(OH) 3 sademe saamiseks ei kasutata tavaliselt leelist (sademe lahusesse ülemineku lihtsuse tõttu), vaid see toimib ammoniaagilahusega alumiiniumsooladele - toatemperatuuril tekib Al(OH) 3
Alumiiniumi soolad. Alumiiniumisoolad ja tugevad happed lahustuvad vees hästi ja läbivad olulise katioonide hüdrolüüsi, luues tugevalt happelise keskkonna, milles metallid nagu magneesium ja tsink lahustuvad: Al 3+ + H 2 O = AlOH 2+ + H +
AlF 3 fluoriid ja AlPO 4 ortofosfaat on vees lahustumatud ning väga nõrkade hapete soolad, näiteks H 2 CO 3, ei moodustu vesilahusest sadestamisel üldse.
Kahekordsed alumiiniumisoolad on tuntud - maarjas koostis MAl(SO 4) 2 *12H 2 O (M=Na +, K +, Rb +, Cs +, TI +, NH 4 +), levinuim neist on kaaliummaarjas KAl(SO 4) 2 *12H 2 O .
Amfoteersete hüdroksiidide lahustumist leeliselistes lahustes peetakse moodustumise protsessiks hüdrokso soolad(hüdroksükompleksid). Hüdroksokomplekside [Al(OH) 4 (H 2 O) 2] -, [Al(OH) 6] 3-, [Al(OH) 5 (H 2 O)] 2- olemasolu on katseliselt tõestatud; neist esimene on kõige vastupidavam. Alumiiniumi koordinatsiooniarv nendes kompleksides on 6, s.o. alumiinium on kuue koordinatsiooniga.
Binaarsed alumiiniumiühendid Peamiselt kovalentsete sidemetega ühendid, näiteks Al 2 S 3 sulfiid ja Al 4 C 3 karbiid, lagunevad täielikult vee toimel:
Al2S3 + 6H2O = 2Al(OH)3 + 3H2SAl4C3 + 12H2O = 4Al(OH)3 + 3CH4

Rakendus:

Kasutatakse laialdaselt ehitusmaterjalina. Alumiiniumi peamised eelised selles kvaliteedis on kergus, stantsitavus, korrosioonikindlus ja kõrge soojusjuhtivus. Alumiinium on paljude sulamite (vask - alumiiniumpronks, magneesium jne) oluline komponent.
Seda kasutatakse elektrotehnikas juhtmete ja nende varjestuse valmistamiseks.
Alumiiniumi kasutatakse laialdaselt nii soojusseadmetes kui ka krüogeentehnoloogias.
Kõrge peegeldusvõime koos madalate kulude ja sadestuslihtsusega muudab alumiiniumi ideaalseks materjaliks peeglite valmistamiseks.
Alumiiniumi ja selle ühendeid kasutatakse raketitehnoloogias raketikütusena. Ehitusmaterjalide tootmisel gaasimoodustajana.

Allajarov Damir
HF Tjumeni Riiklik Ülikool, rühm 561.

MÄÄRATLUS

Alumiinium– IIIA rühma 3. perioodi keemiline element. Seerianumber – 13. Metall. Alumiinium kuulub p-perekonna elementide hulka. Sümbol – Al.

Aatommass – 27 amu. Välise energiataseme elektrooniline konfiguratsioon on 3s 2 3p 1. Alumiiniumi ühendites on oksüdatsiooniaste "+3".

Alumiiniumi keemilised omadused

Alumiiniumil on reaktsioone redutseerivad omadused. Kuna õhuga kokkupuutel tekib selle pinnale oksiidkile, on see vastupidav koostoimele teiste ainetega. Näiteks alumiinium passiveeritakse vees, kontsentreeritud lämmastikhappes ja kaaliumdikromaadi lahuses. Kuid pärast oksiidkile eemaldamist selle pinnalt on see võimeline suhtlema lihtsate ainetega. Enamik reaktsioone toimub kuumutamisel:

2Al pulber +3/2O2 = Al 2O 3;

2Al + 3F2 = 2AlF3 (t);

2Al pulber + 3Hal2 = 2AlHal3 (t = 25 °C);

2AI + N2 = 2AlN (t);

2AI +3S = Al2S3 (t);

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

4Al + P 4 = 4AlP (t, H 2 atmosfääris).

Samuti on alumiinium pärast oksiidkile eemaldamist selle pinnalt võimeline suhtlema veega, moodustades hüdroksiidi:

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

Alumiiniumil on amfoteersed omadused, nii et see lahustub hapete ja leeliste lahjendatud lahustes:

2Al + 3H2S04 (lahjendatud) = Al2(SO4)3 + 3H2;

2Al + 6HCl lahjendatud = 2AlCl3 + 3 H2;

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

2Al +2NaOH +3H20 = 2Na + 3H2;

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

Aluminotermia on meetod metallide tootmiseks nende oksiididest, mis põhineb nende metallide redutseerimisel alumiiniumiga:

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

2Al + Cr 2 O 3 = Al 2 O 3 + 2Cr.

Alumiiniumi füüsikalised omadused

Alumiinium on hõbevalge värvusega. Alumiiniumi peamised füüsikalised omadused on kergus, kõrge soojus- ja elektrijuhtivus. Vabas olekus on alumiinium õhuga kokkupuutel kaetud vastupidava Al 2 O 3 oksiidi kilega, mis muudab selle kontsentreeritud hapete toimele vastupidavaks. Sulamistemperatuur – 660,37C, keemistemperatuur – 2500C.

Alumiiniumi tootmine ja kasutamine

Alumiiniumi toodetakse selle elemendi sulaoksiidi elektrolüüsil:

2Al 2 O 3 = 4Al + 3O 2

Toote madala saagise tõttu kasutatakse aga sagedamini alumiiniumi tootmise meetodit Na 3 ja Al 2 O 3 segu elektrolüüsi teel. Reaktsioon toimub kuumutamisel temperatuurini 960 C ja katalüsaatorite - fluoriidide (AlF 3, CaF 2 jne) juuresolekul, samal ajal kui alumiinium eraldub katoodil ja hapnik vabaneb anoodil.

Alumiinium on leidnud laialdast rakendust tööstuses, alumiiniumipõhised sulamid on peamised konstruktsioonimaterjalid lennuki- ja laevaehituses.

Näited probleemide lahendamisest

NÄIDE 1