ในแง่ของความอุดมสมบูรณ์ในเปลือกโลก อะลูมิเนียมครองอันดับหนึ่งในบรรดาโลหะและเป็นอันดับสามในบรรดาธาตุทั้งหมด (รองจากออกซิเจน (O) และซิลิคอน (Si)) ซึ่งคิดเป็นประมาณ 8.8% ของมวลเปลือกโลก อลูมิเนียมพบได้ในแร่ธาตุจำนวนมาก ส่วนใหญ่เป็นอะลูมิโนซิลิเกตและหิน สารประกอบอะลูมิเนียมประกอบด้วยหินแกรนิต หินบะซอลต์ ดินเหนียว เฟลด์สปาร์ ฯลฯ แต่นี่คือความขัดแย้ง: ด้วยแร่ธาตุและหินจำนวนมากที่มีอะลูมิเนียม การสะสมของแร่บอกไซต์ซึ่งเป็นวัตถุดิบหลักสำหรับการผลิตอะลูมิเนียมทางอุตสาหกรรมจึงค่อนข้างหายาก ในรัสเซียมีแร่อะลูมิเนียมอยู่ในไซบีเรียและเทือกเขาอูราล Alunite และ Nephelines ก็มีความสำคัญทางอุตสาหกรรมเช่นกัน อะลูมิเนียมมีอยู่ในเนื้อเยื่อของพืชและสัตว์ในฐานะที่เป็นธาตุรอง มีสิ่งมีชีวิตที่มีสมาธิซึ่งสะสมอลูมิเนียมไว้ในอวัยวะของพวกมัน - มอสและหอยแมลงภู่บางชนิด

ใบเสร็จ

การผลิตทางอุตสาหกรรม: ในการผลิตทางอุตสาหกรรม แร่อะลูมิเนียมจะถูกผ่านกระบวนการทางเคมีเป็นครั้งแรก เพื่อขจัดสิ่งเจือปนของออกไซด์ของซิลิคอน (Si), เหล็ก (Fe) และองค์ประกอบอื่น ๆ จากผลของการประมวลผลดังกล่าวทำให้ได้อะลูมิเนียมออกไซด์บริสุทธิ์ Al 2 O 3 ซึ่งเป็นวัตถุดิบหลักในการผลิตโลหะโดยอิเล็กโทรไลซิส อย่างไรก็ตาม เนื่องจากจุดหลอมเหลวของ Al 2 O 3 สูงมาก (มากกว่า 2,000°C) จึงไม่สามารถใช้โลหะหลอมสำหรับอิเล็กโทรไลซิสได้

นักวิทยาศาสตร์และวิศวกรพบวิธีแก้ปัญหาดังนี้ ในอ่างอิเล็กโทรไลซิส ไครโอไลท์ Na 3 AlF 6 จะถูกละลายในครั้งแรก (อุณหภูมิละลายต่ำกว่า 1,000 ° C เล็กน้อย) ตัวอย่างเช่น สามารถรับไครโอไลท์ได้โดยการประมวลผลเนฟิลีนจากคาบสมุทรโคลา จากนั้นจึงเติม Al 2 O 3 เล็กน้อย (มากถึง 10% โดยน้ำหนัก) และสารอื่นๆ บางอย่างในการหลอมนี้เพื่อปรับปรุงสภาวะสำหรับกระบวนการต่อไป ในระหว่างอิเล็กโทรไลซิสของการหลอมนี้ อลูมิเนียมออกไซด์จะสลายตัว ไครโอไลท์ยังคงอยู่ในการหลอมเหลว และอะลูมิเนียมหลอมเหลวจะเกิดขึ้นที่แคโทด:

2อัล 2 โอ 3 = 4อัล + 3O 2

เนื่องจากกราไฟท์ทำหน้าที่เป็นขั้วบวกระหว่างกระแสไฟฟ้า ออกซิเจน (O) ที่ปล่อยออกมาที่ขั้วบวกจะทำปฏิกิริยากับกราไฟท์และคาร์บอนไดออกไซด์ CO 2 จึงเกิดขึ้น

อิเล็กโทรไลซิสผลิตโลหะที่มีปริมาณอลูมิเนียมประมาณ 99.7% ในด้านเทคโนโลยี มีการใช้อะลูมิเนียมที่บริสุทธิ์กว่ามาก ซึ่งมีปริมาณองค์ประกอบนี้ถึง 99.999% หรือมากกว่านั้น

แอปพลิเคชัน

ในแง่ของขนาดการใช้งาน อลูมิเนียมและโลหะผสมครองอันดับที่สองรองจากเหล็ก (Fe) และโลหะผสม การใช้อะลูมิเนียมอย่างแพร่หลายในด้านเทคโนโลยีต่างๆ และชีวิตประจำวันมีความเกี่ยวข้องกับคุณสมบัติทางกายภาพ เชิงกล และเคมีรวมกัน ได้แก่ ความหนาแน่นต่ำ ความต้านทานการกัดกร่อนในอากาศในชั้นบรรยากาศ การนำความร้อนและไฟฟ้าสูง ความเหนียว และความแข็งแรงค่อนข้างสูง อลูมิเนียมสามารถแปรรูปได้ง่ายหลายวิธี - การปลอม การตอก การรีด ฯลฯ อลูมิเนียมบริสุทธิ์ใช้ทำลวด (ค่าการนำไฟฟ้าของอลูมิเนียมคือ 65.5% ของค่าการนำไฟฟ้าของทองแดง แต่อลูมิเนียมเบากว่าทองแดงมากกว่าสามเท่า ดังนั้นอลูมิเนียมจึงมักจะมาแทนที่ทองแดงในงานวิศวกรรมไฟฟ้า) และฟอยล์ที่ใช้เป็นวัสดุบรรจุภัณฑ์ ส่วนหลักของอลูมิเนียมถลุงนั้นใช้ในการผลิตโลหะผสมต่างๆ อลูมิเนียมอัลลอยด์มีคุณลักษณะเด่นคือมีความหนาแน่นต่ำ ทนต่อการกัดกร่อนเพิ่มขึ้น (เมื่อเทียบกับอลูมิเนียมบริสุทธิ์) และคุณสมบัติทางเทคโนโลยีขั้นสูง: การนำความร้อนและไฟฟ้าสูง ทนความร้อน ความแข็งแรง และความเหนียว สารเคลือบป้องกันและตกแต่งสามารถนำไปใช้กับพื้นผิวของโลหะผสมอลูมิเนียมได้อย่างง่ายดาย

คุณสมบัติที่หลากหลายของโลหะผสมอลูมิเนียมเกิดจากการนำสารเติมแต่งหลายชนิดเข้าไปในอลูมิเนียมซึ่งก่อให้เกิดสารละลายของแข็งหรือสารประกอบระหว่างโลหะ อลูมิเนียมจำนวนมากใช้ในการผลิตโลหะผสมเบา - duralumin (94% - อลูมิเนียม, ทองแดง 4% (Cu), 0.5% ในแต่ละแมกนีเซียม (Mg), แมงกานีส (Mn), เหล็ก (Fe) และซิลิคอน (Si)) , ซิลูมิน (85-90% - อลูมิเนียม, ซิลิคอน 10-14% (Si), โซเดียม 0.1% (Na)) ฯลฯ ในด้านโลหะวิทยา อลูมิเนียมไม่เพียงถูกใช้เป็นฐานสำหรับโลหะผสมเท่านั้น แต่ยังเป็นหนึ่งในโลหะผสมที่ใช้กันอย่างแพร่หลายอีกด้วย สารเติมแต่งในโลหะผสมที่มีทองแดง (Cu) แมกนีเซียม (Mg) เหล็ก (Fe) >นิกเกิล (Ni) เป็นต้น

อลูมิเนียมอัลลอยด์มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในชีวิตประจำวัน ในการก่อสร้างและสถาปัตยกรรม ในอุตสาหกรรมยานยนต์ การต่อเรือ การบิน และเทคโนโลยีอวกาศ โดยเฉพาะอย่างยิ่งดาวเทียมโลกเทียมดวงแรกนั้นทำจากอลูมิเนียมอัลลอยด์ โลหะผสมของอลูมิเนียมและเซอร์โคเนียม (Zr) - เซอร์คาลอย - ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการก่อสร้างเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ อลูมิเนียมใช้ในการผลิตวัตถุระเบิด

สิ่งที่น่าสังเกตเป็นพิเศษคือฟิล์มสีของอะลูมิเนียมออกไซด์บนพื้นผิวของอะลูมิเนียมโลหะที่ได้จากวิธีไฟฟ้าเคมี อลูมิเนียมเมทัลลิกที่เคลือบด้วยฟิล์มดังกล่าวเรียกว่าอลูมิเนียมอโนไดซ์ เครื่องประดับเครื่องแต่งกายต่างๆ ทำจากอะลูมิเนียมชุบผิวซึ่งมีลักษณะคล้ายทอง (Au)

เมื่อต้องจัดการกับอะลูมิเนียมในชีวิตประจำวัน คุณต้องจำไว้ว่าเฉพาะของเหลวที่เป็นกลาง (ความเป็นกรด) เท่านั้นที่สามารถให้ความร้อนและเก็บไว้ในภาชนะอะลูมิเนียม (เช่น น้ำต้ม) ตัวอย่างเช่นหากคุณปรุงซุปกะหล่ำปลีเปรี้ยวในกระทะอลูมิเนียมอลูมิเนียมจะผ่านเข้าไปในอาหารและได้รับรสชาติ "โลหะ" ที่ไม่พึงประสงค์ เนื่องจากฟิล์มออกไซด์เสียหายได้ง่ายมากในชีวิตประจำวัน การใช้เครื่องครัวอะลูมิเนียมจึงยังไม่เป็นที่พึงปรารถนา

มีอะลูมิเนียมจำนวนมากในเปลือกโลก: 8.6% โดยน้ำหนัก อยู่ในอันดับที่หนึ่งในบรรดาโลหะทั้งหมด และเป็นอันดับสามในบรรดาองค์ประกอบอื่นๆ (รองจากออกซิเจนและซิลิคอน) มีอะลูมิเนียมมากกว่าเหล็กถึงสองเท่า และมากกว่าทองแดง สังกะสี โครเมียม ดีบุก และตะกั่วรวมกันถึง 350 เท่า! ตามที่เขาเขียนเมื่อกว่า 100 ปีที่แล้วในหนังสือเรียนคลาสสิกของเขา พื้นฐานของเคมี D.I. Mendeleev ในบรรดาโลหะทั้งหมด “อะลูมิเนียมเป็นโลหะที่พบมากที่สุดในธรรมชาติ ก็เพียงพอที่จะชี้ให้เห็นว่ามันเป็นส่วนหนึ่งของดินเหนียวเพื่อให้เห็นการกระจายตัวของอะลูมิเนียมในเปลือกโลกได้อย่างทั่วถึง อะลูมิเนียมหรือโลหะสารส้ม (อลูเมน) เรียกอีกอย่างว่าดินเหนียวเพราะพบได้ในดินเหนียว”

แร่ที่สำคัญที่สุดของอะลูมิเนียมคือแร่บอกไซต์ ซึ่งเป็นส่วนผสมของออกไซด์พื้นฐาน AlO(OH) และไฮดรอกไซด์ Al(OH) 3 แหล่งแร่บอกไซต์ที่ใหญ่ที่สุดตั้งอยู่ในออสเตรเลีย บราซิล กินี และจาเมกา การผลิตภาคอุตสาหกรรมก็ดำเนินการในประเทศอื่นด้วย อลูไนต์ (หินสารส้ม) (Na,K) 2 SO 4 ·Al 2 (SO 4) 3 ·4Al(OH) 3 และ nepheline (Na,K) 2 O·Al 2 O 3 ·2SiO 2 ก็อุดมไปด้วยอะลูมิเนียมเช่นกัน โดยรวมแล้วมีแร่ธาตุมากกว่า 250 ชนิดที่ประกอบด้วยอะลูมิเนียม ส่วนใหญ่เป็นอะลูมิโนซิลิเกตซึ่งส่วนใหญ่ก่อตัวเป็นเปลือกโลก เมื่อสภาพอากาศดินเหนียวก่อตัวขึ้นซึ่งพื้นฐานคือแร่คาโอลิไนต์อัล 2 O 3 · 2SiO 2 · 2H 2 O สิ่งเจือปนของเหล็กมักจะทำให้ดินเหนียวเป็นสีน้ำตาล แต่ก็มีดินเหนียวสีขาว - ดินขาวซึ่งใช้ทำ ผลิตภัณฑ์เครื่องลายครามและเครื่องปั้นดินเผา

ในบางครั้งพบคอรันดัมแร่ที่มีความแข็งเป็นพิเศษ (รองจากเพชร) - ผลึกออกไซด์ Al 2 O 3 ซึ่งมักมีสีจากสิ่งเจือปนในสีที่ต่างกัน สีน้ำเงิน (ส่วนผสมของไทเทเนียมและเหล็ก) เรียกว่าแซฟไฟร์ ส่วนสีแดง (ส่วนผสมของโครเมียม) เรียกว่าทับทิม สิ่งเจือปนต่างๆ ยังสามารถแต่งสีให้กับสิ่งที่เรียกว่าคอรันดัมมีตระกูลได้ เช่น สีเขียว เหลือง ส้ม ม่วง รวมถึงสีและเฉดสีอื่นๆ

จนกระทั่งเมื่อไม่นานมานี้ เชื่อกันว่าอะลูมิเนียมซึ่งเป็นโลหะที่มีความว่องไวสูงไม่สามารถเกิดขึ้นได้ในธรรมชาติในสภาวะอิสระ แต่ในปี พ.ศ. 2521 อะลูมิเนียมพื้นเมืองถูกค้นพบในหินของแพลตฟอร์มไซบีเรีย - อยู่ในรูปของผลึกคล้ายด้ายเท่านั้น ยาว 0.5 มม. (มีความหนาของเกลียวหลายไมโครเมตร) อลูมิเนียมพื้นเมืองยังถูกค้นพบในดินบนดวงจันทร์ที่นำมาสู่โลกจากบริเวณทะเลแห่งวิกฤตและความอุดมสมบูรณ์ เชื่อกันว่าโลหะอลูมิเนียมสามารถเกิดขึ้นได้โดยการควบแน่นจากก๊าซ เป็นที่ทราบกันว่าเมื่ออะลูมิเนียมเฮไลด์ - คลอไรด์, โบรไมด์, ฟลูออไรด์ - ถูกให้ความร้อน พวกมันสามารถระเหยได้ง่ายไม่มากก็น้อย (เช่น AlCl 3 sublimes อยู่ที่ 180 ° C) เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นอย่างมาก อะลูมิเนียมเฮไลด์จะสลายตัว และเปลี่ยนสถานะเป็นสถานะที่มีวาเลนซีโลหะต่ำลง เช่น AlCl เมื่อสารประกอบดังกล่าวควบแน่นโดยมีอุณหภูมิลดลงและไม่มีออกซิเจน ปฏิกิริยาที่ไม่สมส่วนจะเกิดขึ้นในสถานะของแข็ง: อะตอมของอลูมิเนียมบางส่วนถูกออกซิไดซ์และผ่านเข้าสู่สถานะไตรวาเลนท์ตามปกติ และบางส่วนจะลดลง อะลูมิเนียมมอนิวาเลนท์สามารถลดลงเป็นโลหะได้เท่านั้น: 3AlCl ® 2Al + AlCl 3 ข้อสันนิษฐานนี้ยังได้รับการสนับสนุนจากรูปร่างคล้ายเกลียวของผลึกอะลูมิเนียมพื้นเมืองอีกด้วย โดยปกติแล้ว ผลึกของโครงสร้างนี้จะเกิดขึ้นเนื่องจากการเติบโตอย่างรวดเร็วจากเฟสก๊าซ มีแนวโน้มว่านักเก็ตอะลูมิเนียมขนาดเล็กจิ๋วในดินดวงจันทร์จะก่อตัวในลักษณะเดียวกัน

ชื่ออลูมิเนียมมาจากภาษาละติน alumen (สกุล aluminis) เป็นชื่อของสารส้มดับเบิ้ลโพแทสเซียม-อลูมิเนียมซัลเฟต KAl(SO 4) 2 ·12H 2 O) ซึ่งใช้เป็นสารช่วยประคองสำหรับการย้อมผ้า ชื่อภาษาละตินอาจกลับไปเป็นภาษากรีกว่า "halme" - น้ำเกลือ, สารละลายเกลือ เป็นที่น่าแปลกใจว่าในอังกฤษอะลูมิเนียมก็คืออะลูมิเนียม และในสหรัฐอเมริกาก็คืออะลูมิเนียม

หนังสือเกี่ยวกับเคมียอดนิยมหลายเล่มมีตำนานเล่าว่านักประดิษฐ์คนหนึ่งซึ่งประวัติศาสตร์ไม่ได้รักษาชื่อไว้ได้นำไปให้จักรพรรดิทิเบเรียสซึ่งปกครองโรมในปีคริสตศักราช 14–27 ซึ่งเป็นชามที่ทำจากโลหะคล้ายสีเงิน แต่ เบากว่า ของขวัญชิ้นนี้ทำให้อาจารย์เสียชีวิต: Tiberius สั่งให้ประหารชีวิตและทำลายเวิร์กช็อปเพราะเขากลัวว่าโลหะใหม่อาจทำให้มูลค่าเงินในคลังของจักรวรรดิอ่อนค่าลง

ตำนานนี้มีพื้นฐานมาจากเรื่องราวโดย Pliny the Elder นักเขียนและนักวิชาการชาวโรมัน ประวัติศาสตร์ธรรมชาติ– สารานุกรมความรู้วิทยาศาสตร์ธรรมชาติสมัยโบราณ ตามที่ Pliny กล่าว โลหะชนิดใหม่นี้ได้มาจาก "ดินเหนียว" แต่ดินเหนียวมีอะลูมิเนียมอยู่ด้วย

นักเขียนสมัยใหม่มักจะตั้งข้อสงวนว่าเรื่องราวทั้งหมดนี้ไม่มีอะไรมากไปกว่าเทพนิยายที่สวยงาม และไม่น่าแปลกใจเลยที่อลูมิเนียมในหินเกาะติดกับออกซิเจนอย่างแน่นหนา และต้องใช้พลังงานจำนวนมากเพื่อปลดปล่อยออกซิเจน อย่างไรก็ตาม เมื่อเร็วๆ นี้ มีข้อมูลใหม่เกี่ยวกับความเป็นไปได้ขั้นพื้นฐานในการได้รับอะลูมิเนียมโลหะในสมัยโบราณ จากการวิเคราะห์สเปกตรัม แสดงให้เห็นการตกแต่งบนหลุมศพของผู้บัญชาการชาวจีน Zhou-Zhu ซึ่งเสียชีวิตเมื่อต้นศตวรรษที่ 3 AD ทำจากโลหะผสมที่ประกอบด้วยอลูมิเนียม 85% คนโบราณสามารถรับอะลูมิเนียมฟรีได้หรือไม่? วิธีที่ทราบทั้งหมด (อิเล็กโทรไลซิส การลดปริมาณโซเดียมหรือโพแทสเซียมของโลหะ) จะถูกกำจัดโดยอัตโนมัติ อะลูมิเนียมพื้นเมืองสามารถพบได้ในสมัยโบราณ เช่น นักเก็ตทองคำ เงิน และทองแดงหรือไม่? นอกจากนี้ยังไม่รวม: อลูมิเนียมพื้นเมืองเป็นแร่ธาตุหายากที่พบในปริมาณเล็กน้อย ดังนั้นช่างฝีมือในสมัยโบราณจึงไม่สามารถค้นหาและรวบรวมนักเก็ตดังกล่าวในปริมาณที่ต้องการได้

อย่างไรก็ตาม ยังมีคำอธิบายอื่นสำหรับเรื่องราวของพลินีได้ อลูมิเนียมสามารถกู้คืนได้จากแร่ไม่เพียงแต่ด้วยความช่วยเหลือของไฟฟ้าและโลหะอัลคาไลเท่านั้น มีสารรีดิวซ์ที่มีจำหน่ายและใช้กันอย่างแพร่หลายมาตั้งแต่สมัยโบราณ - ถ่านหินด้วยความช่วยเหลือซึ่งทำให้ออกไซด์ของโลหะหลายชนิดลดลงเป็นโลหะอิสระเมื่อถูกความร้อน ในช่วงปลายทศวรรษ 1970 นักเคมีชาวเยอรมันตัดสินใจทดสอบว่าอะลูมิเนียมสามารถผลิตได้ในสมัยโบราณหรือไม่โดยการลดขนาดด้วยถ่านหิน พวกเขาให้ความร้อนส่วนผสมของดินเหนียวด้วยผงถ่านหินและเกลือแกงหรือโปแตช (โพแทสเซียมคาร์บอเนต) ในเบ้าหลอมดินเหนียวจนเกิดความร้อนสีแดง เกลือได้มาจากน้ำทะเล และโปแตชจากเถ้าพืช เพื่อใช้เฉพาะสารและวิธีการที่มีในสมัยโบราณเท่านั้น หลังจากนั้นไม่นาน ตะกรันที่มีลูกบอลอลูมิเนียมก็ลอยไปที่พื้นผิวของเบ้าหลอม! ผลผลิตโลหะมีน้อย แต่เป็นไปได้ว่าด้วยวิธีนี้นักโลหะวิทยาในสมัยโบราณจะได้ “โลหะแห่งศตวรรษที่ 20”

คุณสมบัติของอะลูมิเนียม

สีของอลูมิเนียมบริสุทธิ์มีลักษณะคล้ายสีเงิน เป็นโลหะที่เบามาก มีความหนาแน่นเพียง 2.7 กรัม/ซม.3 โลหะชนิดเดียวที่เบากว่าอะลูมิเนียมคือโลหะอัลคาไลและอัลคาไลน์เอิร์ธ (ยกเว้นแบเรียม) เบริลเลียม และแมกนีเซียม อลูมิเนียมก็ละลายได้ง่าย - ที่ 600 ° C (ลวดอลูมิเนียมบาง ๆ สามารถละลายได้ในเตาในครัวทั่วไป) แต่จะเดือดเพียง 2,452 ° C ในแง่ของการนำไฟฟ้าอลูมิเนียมอยู่ในอันดับที่ 4 รองจากเงินเท่านั้น (มัน อยู่ในอันดับแรก) ทองแดงและทองคำซึ่งเมื่อคำนึงถึงความราคาถูกของอลูมิเนียมจึงมีความสำคัญในทางปฏิบัติอย่างยิ่ง ค่าการนำความร้อนของโลหะเปลี่ยนแปลงไปในลำดับเดียวกัน ง่ายต่อการตรวจสอบการนำความร้อนสูงของอะลูมิเนียมโดยการจุ่มช้อนอะลูมิเนียมลงในชาร้อน และคุณสมบัติที่น่าทึ่งอีกอย่างหนึ่งของโลหะนี้: พื้นผิวเรียบมันสะท้อนแสงได้อย่างสมบูรณ์แบบ: จาก 80 ถึง 93% ในบริเวณที่มองเห็นได้ของสเปกตรัม ขึ้นอยู่กับความยาวคลื่น ในภูมิภาคอัลตราไวโอเลต อลูมิเนียมไม่มีค่าเท่ากันในเรื่องนี้ และเฉพาะในพื้นที่สีแดงเท่านั้นที่จะด้อยกว่าเงินเล็กน้อย (ในอัลตราไวโอเลต เงินมีการสะท้อนแสงต่ำมาก)

อลูมิเนียมบริสุทธิ์เป็นโลหะที่ค่อนข้างอ่อน - อ่อนกว่าทองแดงเกือบสามเท่า ดังนั้นแม้แผ่นและแท่งอลูมิเนียมที่มีความหนาค่อนข้างจะโค้งงอได้ง่าย แต่เมื่ออลูมิเนียมก่อตัวเป็นโลหะผสม (มีจำนวนมาก) ความแข็งของมันก็สามารถเพิ่มได้สิบเท่า

สถานะออกซิเดชันที่มีลักษณะเฉพาะของอลูมิเนียมคือ +3 แต่เนื่องจากการมีอยู่ของ 3 ที่ไม่ได้บรรจุ ร- และ 3 ง-ออร์บิทัล อะตอมของอะลูมิเนียมสามารถสร้างพันธะระหว่างผู้บริจาคและผู้รับเพิ่มเติมได้ ดังนั้นไอออน Al 3+ ที่มีรัศมีน้อยจึงมีแนวโน้มที่จะก่อตัวที่ซับซ้อนมาก โดยก่อตัวเป็นสารประกอบเชิงซ้อนประจุบวกและประจุลบที่หลากหลาย: AlCl 4 –, AlF 6 3–, 3+, Al(OH) 4 –, Al(OH) 6 3–, AlH 4 – และอื่นๆ อีกมากมาย คอมเพล็กซ์ที่มีสารประกอบอินทรีย์ก็เป็นที่รู้จักเช่นกัน

กิจกรรมทางเคมีของอลูมิเนียมสูงมาก ในชุดของศักย์ไฟฟ้าของอิเล็กโทรด มันจะอยู่ด้านหลังแมกนีเซียมทันที เมื่อมองแวบแรกข้อความดังกล่าวอาจดูแปลก: อย่างไรก็ตามกระทะหรือช้อนอลูมิเนียมค่อนข้างคงที่ในอากาศและไม่ยุบตัวในน้ำเดือด อลูมิเนียมไม่เหมือนเหล็กไม่เป็นสนิม ปรากฎว่าเมื่อสัมผัสกับอากาศโลหะจะถูกปกคลุมไปด้วย "เกราะ" ออกไซด์ที่ไม่มีสี บาง แต่ทนทานซึ่งช่วยปกป้องโลหะจากการเกิดออกซิเดชัน ดังนั้นหากคุณใส่ลวดอลูมิเนียมหรือแผ่นหนา 0.5–1 มม. เข้าไปในเปลวไฟของเตาโลหะจะละลาย แต่อลูมิเนียมจะไม่ไหลเนื่องจากยังคงอยู่ในถุงออกไซด์ หากคุณถอดฟิล์มป้องกันอลูมิเนียมออกหรือทำให้มันหลวม (เช่นโดยการแช่ในสารละลายเกลือปรอท) อลูมิเนียมจะเปิดเผยแก่นแท้ของมันทันที: ที่อุณหภูมิห้องมันจะเริ่มทำปฏิกิริยาอย่างแรงกับน้ำและปล่อยไฮโดรเจนออกมา : 2Al + 6H 2 O ® 2Al(OH) 3 + 3H 2 ในอากาศ อะลูมิเนียมที่ลอกฟิล์มป้องกันออกแล้ว จะกลายเป็นผงหลวมออกไซด์ต่อหน้าต่อตาเรา: 2Al + 3O 2 ® 2Al 2 O 3 อลูมิเนียมมีฤทธิ์เป็นพิเศษในสภาวะที่ถูกบดละเอียด เมื่อถูกเป่าเป็นเปลวไฟ ฝุ่นอะลูมิเนียมจะไหม้ทันที หากคุณผสมฝุ่นอลูมิเนียมกับโซเดียมเปอร์ออกไซด์บนจานเซรามิกและหยดน้ำลงบนส่วนผสม อลูมิเนียมก็จะลุกเป็นไฟและลุกไหม้ด้วยเปลวไฟสีขาว

ความสัมพันธ์ระหว่างอะลูมิเนียมกับออกซิเจนที่สูงมากทำให้สามารถ "ดึง" ออกซิเจนออกจากออกไซด์ของโลหะอื่นๆ จำนวนหนึ่งได้ ส่งผลให้พวกมันลดลง (วิธีอะลูมิเนียมอุณหภูมิ) ตัวอย่างที่มีชื่อเสียงที่สุดคือส่วนผสมของเทอร์ไมต์ ซึ่งเมื่อถูกเผาจะปล่อยความร้อนออกมามากจนทำให้เหล็กละลาย: 8Al + 3Fe 3 O 4 ® 4Al 2 O 3 + 9Fe ปฏิกิริยานี้ถูกค้นพบในปี พ.ศ. 2399 โดย N.N. Beketov ด้วยวิธีนี้ Fe 2 O 3, CoO, NiO, MoO 3, V 2 O 5, SnO 2, CuO และออกไซด์อื่น ๆ อีกจำนวนหนึ่งสามารถลดลงเป็นโลหะได้ เมื่อลด Cr 2 O 3, Nb 2 O 5, Ta 2 O 5, SiO 2, TiO 2, ZrO 2, B 2 O 3 ด้วยอะลูมิเนียม ความร้อนของปฏิกิริยาไม่เพียงพอที่จะให้ความร้อนแก่ผลิตภัณฑ์ที่ทำปฏิกิริยาเหนือจุดหลอมเหลว

อลูมิเนียมละลายได้ง่ายในกรดแร่เจือจางเพื่อสร้างเกลือ กรดไนตริกเข้มข้นซึ่งออกซิไดซ์พื้นผิวของอลูมิเนียมช่วยเพิ่มความหนาและเสริมความแข็งแรงของฟิล์มออกไซด์ (ที่เรียกว่าฟิล์มทู่ของโลหะ) อลูมิเนียมที่ได้รับการบำบัดด้วยวิธีนี้จะไม่ทำปฏิกิริยาแม้แต่กับกรดไฮโดรคลอริกก็ตาม การใช้ออกซิเดชันขั้วบวกเคมีไฟฟ้า (อโนไดซ์) สามารถสร้างฟิล์มหนาบนพื้นผิวอลูมิเนียม ซึ่งสามารถทาสีด้วยสีต่างๆ ได้อย่างง่ายดาย

การแทนที่โลหะที่มีฤทธิ์น้อยด้วยอะลูมิเนียมจากสารละลายเกลือมักถูกขัดขวางด้วยฟิล์มป้องกันบนพื้นผิวอะลูมิเนียม ฟิล์มนี้ถูกทำลายอย่างรวดเร็วด้วยคอปเปอร์คลอไรด์ ดังนั้นปฏิกิริยา 3CuCl 2 + 2Al ® 2AlCl 3 + 3Cu จึงเกิดขึ้นได้ง่ายซึ่งมาพร้อมกับความร้อนแรง ในสารละลายอัลคาไลเข้มข้น อลูมิเนียมละลายได้ง่ายเมื่อปล่อยไฮโดรเจน: 2Al + 6NaOH + 6H 2 O ® 2Na 3 + 3H 2 (คอมเพล็กซ์ไฮดรอกโซประจุลบอื่น ๆ ก็เกิดขึ้นเช่นกัน) ธรรมชาติของแอมโฟเทอริกของสารประกอบอะลูมิเนียมยังแสดงออกมาในการละลายอย่างง่ายดายของออกไซด์และไฮดรอกไซด์ที่ตกตะกอนใหม่ๆ ในด่าง ผลึกออกไซด์ (คอรันดัม) มีความทนทานต่อกรดและด่างได้ดีมาก เมื่อผสมกับอัลคาลิส จะเกิดอะลูมิเนตปราศจากน้ำ: Al 2 O 3 + 2NaOH ® 2NaAlO 2 + H 2 O แมกนีเซียมอะลูมิเนต Mg(AlO 2) 2 เป็นหินสปิเนลกึ่งมีค่า ซึ่งมักมีสีเจือปนในสีต่างๆ มากมาย .

ปฏิกิริยาของอลูมิเนียมกับฮาโลเจนเกิดขึ้นอย่างรวดเร็ว หากนำลวดอลูมิเนียมบาง ๆ เข้าไปในหลอดทดลองที่มีโบรมีน 1 มล. หลังจากนั้นไม่นานอลูมิเนียมก็จะติดไฟและลุกไหม้ด้วยเปลวไฟที่สว่างจ้า ปฏิกิริยาของส่วนผสมของผงอลูมิเนียมและไอโอดีนเกิดขึ้นจากหยดน้ำ (น้ำที่มีไอโอดีนก่อให้เกิดกรดที่ทำลายฟิล์มออกไซด์) หลังจากนั้นเปลวไฟสว่างจะปรากฏขึ้นพร้อมกับเมฆไอโอดีนสีม่วง อะลูมิเนียมเฮไลด์ในสารละลายที่เป็นน้ำมีปฏิกิริยาเป็นกรดเนื่องจากการไฮโดรไลซิส: AlCl 3 + H 2 O Al(OH)Cl 2 + HCl

ปฏิกิริยาของอลูมิเนียมกับไนโตรเจนเกิดขึ้นที่สูงกว่า 800 ° C โดยมีการก่อตัวของไนไตรด์ AlN โดยมีซัลเฟอร์ - ที่ 200 ° C (เกิดซัลไฟด์ Al 2 S 3) โดยมีฟอสฟอรัส - ที่ 500 ° C (เกิดฟอสไฟด์ AlP) เมื่อเติมโบรอนลงในอลูมิเนียมหลอมเหลว จะเกิดโบไรด์ขององค์ประกอบ AlB 2 และ AlB 12 ซึ่งเป็นสารประกอบทนไฟที่ทนทานต่อกรด ไฮไดรด์ (AlH) x (x = 1.2) เกิดขึ้นเฉพาะในสุญญากาศที่อุณหภูมิต่ำในปฏิกิริยาของอะตอมไฮโดรเจนกับไออะลูมิเนียม AlH 3 ไฮไดรด์ซึ่งมีความเสถียรในกรณีที่ไม่มีความชื้นที่อุณหภูมิห้องนั้นได้มาจากสารละลายอีเทอร์ปราศจากน้ำ: AlCl 3 + LiH ® AlH 3 + 3LiCl เมื่อ LiH มากเกินไป จะทำให้เกิดลิเธียมอะลูมิเนียมไฮไดรด์ LiAlH 4 ที่มีลักษณะคล้ายเกลือ ซึ่งเป็นสารรีดิวซ์ที่แข็งแกร่งมากซึ่งใช้ในการสังเคราะห์สารอินทรีย์ จะสลายตัวทันทีด้วยน้ำ: LiAlH 4 + 4H 2 O ® LiOH + Al(OH) 3 + 4H 2

การผลิตอลูมิเนียม

เอกสารการค้นพบอะลูมิเนียมเกิดขึ้นในปี พ.ศ. 2368 โลหะนี้ได้มาครั้งแรกโดยนักฟิสิกส์ชาวเดนมาร์ก ฮันส์ คริสเตียน เออร์สเตด เมื่อเขาแยกมันออกโดยการกระทำของโพแทสเซียมอะมัลกัมบนอะลูมิเนียมคลอไรด์ปราศจากน้ำ (ได้มาจากการส่งคลอรีนผ่านส่วนผสมร้อนของอะลูมิเนียมออกไซด์และถ่านหิน ). หลังจากกลั่นสารปรอทแล้ว Oersted ก็ได้อะลูมิเนียมแม้ว่าจะมีการปนเปื้อนด้วยสิ่งเจือปนก็ตาม ในปี พ.ศ. 2370 ฟรีดริช เวอเลอร์ นักเคมีชาวเยอรมันได้รับอะลูมิเนียมในรูปแบบผงโดยรีดิวซ์เฮกซะฟลูออโรอะลูมิเนตด้วยโพแทสเซียม:

นา 3 อัลเอฟ 6 + 3K ® อัล + 3NaF + 3KF ต่อมาเขาได้รับอลูมิเนียมในรูปของลูกบอลโลหะมันเงา ในปี ค.ศ. 1854 นักเคมีชาวฝรั่งเศส Henri Etienne Saint-Clair Deville ได้พัฒนาวิธีการทางอุตสาหกรรมวิธีแรกในการผลิตอะลูมิเนียม โดยลดการละลายของเตตราคลอโรอะลูมิเนตด้วยโซเดียม: NaAlCl 4 + 3Na ® Al + 4NaCl อย่างไรก็ตาม อลูมิเนียมยังคงเป็นโลหะที่หายากและมีราคาแพงมาก มันไม่ได้ถูกกว่าทองคำมากนักและแพงกว่าเหล็กถึง 1,500 เท่า (ตอนนี้เพียงสามเท่า) ของเล่นเขย่ามือทำจากทองคำ อะลูมิเนียม และอัญมณีล้ำค่าในช่วงทศวรรษ 1850 เพื่อมอบให้กับพระราชโอรสของจักรพรรดินโปเลียนที่ 3 แห่งฝรั่งเศส เมื่อมีการจัดแสดงแท่งอลูมิเนียมขนาดใหญ่ที่ผลิตโดยวิธีการใหม่ในงานนิทรรศการโลกในกรุงปารีสเมื่อปี พ.ศ. 2398 ก็ถูกมองว่าเป็นอัญมณี ส่วนบน (ในรูปปิรามิด) ของอนุสาวรีย์วอชิงตันในเมืองหลวงของสหรัฐอเมริกาทำจากอลูมิเนียมอันล้ำค่า ในเวลานั้นอลูมิเนียมไม่ได้ถูกกว่าเงินมากนักเช่นในสหรัฐอเมริกาในปี พ.ศ. 2399 ขายในราคา 12 ดอลลาร์ต่อปอนด์ (454 กรัม) และเงินในราคา 15 ดอลลาร์ในเล่มที่ 1 ที่มีชื่อเสียง พจนานุกรมสารานุกรม Brockhaus ตีพิมพ์ในปี พ.ศ. 2433 Efron กล่าวว่า "อลูมิเนียมยังคงใช้เป็นหลักในการผลิต... สินค้าฟุ่มเฟือย" เมื่อถึงเวลานั้น มีการขุดโลหะเพียง 2.5 ตันต่อปีทั่วโลก เฉพาะช่วงปลายศตวรรษที่ 19 เท่านั้น เมื่อมีการพัฒนาวิธีอิเล็กโทรไลต์สำหรับการผลิตอะลูมิเนียม การผลิตต่อปีเริ่มมีจำนวนหลายพันตัน และในศตวรรษที่ 20 – ล้านตัน สิ่งนี้เปลี่ยนอะลูมิเนียมจากโลหะกึ่งมีค่าไปเป็นโลหะที่หาได้ทั่วไป

วิธีการผลิตอะลูมิเนียมสมัยใหม่ถูกค้นพบในปี พ.ศ. 2429 โดย Charles Martin Hall นักวิจัยหนุ่มชาวอเมริกัน เขาเริ่มสนใจวิชาเคมีตั้งแต่ยังเป็นเด็ก เมื่อพบหนังสือเรียนวิชาเคมีเก่าของพ่อ เขาจึงเริ่มศึกษาและทำการทดลองอย่างขยันขันแข็ง ครั้งหนึ่งถึงกับถูกแม่ดุว่าทำลายผ้าปูโต๊ะสำหรับทานอาหารเย็น และ 10 ปีต่อมา เขาได้ค้นพบสิ่งที่โดดเด่นจนทำให้เขาโด่งดังไปทั่วโลก

เมื่อตอนเป็นนักเรียนอายุ 16 ปี Hall ได้ยินจากอาจารย์ของเขา F.F. Jewett ว่าถ้าใครสามารถพัฒนาวิธีการผลิตอะลูมิเนียมที่ประหยัดได้ คนๆ นั้นไม่เพียงแต่จะให้บริการที่ดีเยี่ยมต่อมนุษยชาติเท่านั้น แต่ยังสร้างโชคลาภมหาศาลอีกด้วย Jewett รู้ว่าเขาพูดอะไร: เขาเคยฝึกฝนในเยอรมนี ทำงานร่วมกับ Wöhler และพูดคุยกับเขาเกี่ยวกับปัญหาในการผลิตอะลูมิเนียม จิวเวตต์ยังได้นำตัวอย่างโลหะหายากนี้มาด้วยที่อเมริกา ซึ่งเขาแสดงให้นักเรียนของเขาดู ทันใดนั้นฮอลล์ก็ประกาศต่อสาธารณะ: “ฉันจะได้โลหะนี้!”

การทำงานหนักหกปีดำเนินต่อไป ฮอลพยายามหาอะลูมิเนียมโดยใช้วิธีการต่างๆ แต่ก็ไม่ประสบผลสำเร็จ ในที่สุด เขาพยายามแยกโลหะนี้ออกด้วยกระแสไฟฟ้า ในเวลานั้นไม่มีโรงไฟฟ้า ต้องใช้แบตเตอรี่โฮมเมดขนาดใหญ่จากถ่านหิน สังกะสี กรดไนตริก และกรดซัลฟิวริก ฮอลล์ทำงานในโรงนาที่เขาตั้งห้องทดลองเล็กๆ เขาได้รับความช่วยเหลือจากน้องสาวของเขา Julia ซึ่งสนใจการทดลองของพี่ชายของเธอมาก เธอเก็บจดหมายและบันทึกการทำงานทั้งหมดของเขาไว้ ซึ่งทำให้สามารถติดตามประวัติความเป็นมาของการค้นพบในแต่ละวันได้อย่างแท้จริง นี่คือข้อความที่ตัดตอนมาจากบันทึกความทรงจำของเธอ:

“ชาร์ลส์มักจะอารมณ์ดีอยู่เสมอ และแม้แต่ในวันที่เลวร้ายที่สุด เขาก็ยังสามารถหัวเราะกับชะตากรรมของนักประดิษฐ์ที่โชคร้ายได้ ในช่วงเวลาแห่งความล้มเหลว เขาพบความปลอบใจที่เปียโนตัวเก่าของเรา ในห้องทดลองที่บ้านของเขา เขาทำงานเป็นเวลานานหลายชั่วโมงโดยไม่หยุดพัก และเมื่อเขาออกจากฉากได้สักพักเขาก็จะรีบวิ่งข้ามบ้านอันยาวไกลของเราไปเล่นสักหน่อย... ฉันรู้ว่าเมื่อเล่นด้วยเสน่ห์และความรู้สึกเช่นนี้ เขามักจะคิดถึงงานของเขาอยู่ตลอดเวลา และดนตรีก็ช่วยเขาในเรื่องนี้”

สิ่งที่ยากที่สุดคือการเลือกอิเล็กโทรไลต์และปกป้องอะลูมิเนียมจากการเกิดออกซิเดชัน หลังจากเหน็ดเหนื่อยมาหกเดือน ในที่สุดลูกบอลเงินขนาดเล็กหลายลูกก็ปรากฏตัวขึ้นในเบ้าหลอม ฮอลรีบวิ่งไปหาครูเก่าของเขาทันทีเพื่อเล่าถึงความสำเร็จนี้ให้เขาฟัง “ศาสตราจารย์ ฉันเข้าใจแล้ว!” เขาอุทานและยื่นมือออกมา: วางลูกบอลอลูมิเนียมขนาดเล็กจำนวนหนึ่งไว้ในฝ่ามือ สิ่งนี้เกิดขึ้นเมื่อวันที่ 23 กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2429 และสองเดือนต่อมาในวันที่ 23 เมษายนของปีเดียวกัน Paul Hérouxชาวฝรั่งเศสได้จดสิทธิบัตรสำหรับการประดิษฐ์ที่คล้ายกันซึ่งเขาทำขึ้นอย่างอิสระและเกือบจะพร้อมกัน (เรื่องบังเอิญอีกสองเรื่องก็น่าทึ่งเช่นกัน: ทั้ง Hall และHérouxเกิดในปี พ.ศ. 2406 และเสียชีวิตในปี พ.ศ. 2457)

ตอนนี้ลูกบอลอลูมิเนียมลูกแรกที่ผลิตโดย Hall ถูกเก็บไว้ที่ American Aluminium Company ในพิตต์สเบิร์กเพื่อเป็นของที่ระลึกของชาติ และที่วิทยาลัยของเขามีอนุสาวรีย์ของ Hall หล่อจากอลูมิเนียม จิวเวตต์เขียนในเวลาต่อมาว่า “การค้นพบที่สำคัญที่สุดของฉันคือการค้นพบมนุษย์ Charles M. Hall เป็นผู้ค้นพบวิธีการลดอะลูมิเนียมจากแร่เมื่ออายุ 21 ปี จึงทำให้อะลูมิเนียมเป็นโลหะมหัศจรรย์ซึ่งปัจจุบันใช้กันอย่างแพร่หลายทั่วโลก” คำทำนายของจิวเวทต์เป็นจริง: ฮอลล์ได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวางและกลายเป็นสมาชิกกิตติมศักดิ์ของสมาคมวิทยาศาสตร์หลายแห่ง แต่ชีวิตส่วนตัวของเขาไม่ประสบความสำเร็จ: เจ้าสาวไม่ต้องการตกลงกับความจริงที่ว่าคู่หมั้นของเธอใช้เวลาทั้งหมดอยู่ในห้องทดลองและยกเลิกการหมั้นหมาย ฮอลล์พบความปลอบใจในวิทยาลัยบ้านเกิดของเขา ซึ่งเขาทำงานมาตลอดชีวิต ดังที่พี่ชายของชาร์ลส์เขียนว่า “วิทยาลัยคือภรรยาของเขา ลูกๆ ของเขา และทุกสิ่งทุกอย่าง—ทั้งชีวิตของเขา” ฮอลล์มอบมรดกส่วนใหญ่ของเขาให้กับวิทยาลัย - 5 ล้านดอลลาร์ ฮอลล์เสียชีวิตด้วยโรคมะเร็งเม็ดเลือดขาวเมื่ออายุ 51 ปี

วิธีการของฮอลล์ทำให้สามารถผลิตอะลูมิเนียมที่มีราคาไม่แพงนักในปริมาณมากโดยใช้ไฟฟ้าได้ หากตั้งแต่ปี 1855 ถึง 1890 ได้รับอะลูมิเนียมเพียง 200 ตัน ในทศวรรษหน้าตามวิธีของ Hall ก็สามารถได้รับโลหะนี้ไปแล้ว 28,000 ตันทั่วโลก! ภายในปี 1930 การผลิตอลูมิเนียมทั่วโลกต่อปีสูงถึง 300,000 ตัน ปัจจุบันมีการผลิตอลูมิเนียมมากกว่า 15 ล้านตันต่อปี ในอ่างพิเศษที่อุณหภูมิ 960–970 ° C สารละลายของอลูมินา (เทคนิค Al 2 O 3) ใน cryolite หลอมเหลว Na 3 AlF 6 ซึ่งถูกขุดบางส่วนในรูปแบบของแร่และสังเคราะห์เป็นพิเศษบางส่วน สู่กระแสไฟฟ้า อลูมิเนียมเหลวสะสมที่ด้านล่างของอ่าง (แคโทด) ออกซิเจนจะถูกปล่อยออกมาที่ขั้วบวกของคาร์บอนซึ่งจะค่อยๆเผาไหม้ ที่แรงดันไฟฟ้าต่ำ (ประมาณ 4.5 V) อิเล็กโทรไลเซอร์ใช้กระแสไฟฟ้ามหาศาล - สูงถึง 250,000 A! อิเล็กโทรไลเซอร์หนึ่งเครื่องผลิตอะลูมิเนียมได้ประมาณหนึ่งตันต่อวัน การผลิตต้องใช้ไฟฟ้าจำนวนมาก โดยต้องใช้ไฟฟ้า 15,000 กิโลวัตต์-ชั่วโมงเพื่อผลิตโลหะ 1 ตัน อาคารอพาร์ตเมนต์ขนาดใหญ่ 150 ห้องมีการใช้ไฟฟ้าจำนวนนี้ตลอดทั้งเดือน การผลิตอะลูมิเนียมเป็นอันตรายต่อสิ่งแวดล้อม เนื่องจากอากาศในชั้นบรรยากาศปนเปื้อนด้วยสารประกอบฟลูออรีนที่ระเหยง่าย

การประยุกต์ใช้อลูมิเนียม

แม้แต่ D.I. Mendeleev ยังเขียนว่า "อะลูมิเนียมโลหะซึ่งมีน้ำหนักเบาและแข็งแรงมาก และความแปรปรวนของอากาศต่ำ เหมาะมากสำหรับผลิตภัณฑ์บางอย่าง" อลูมิเนียมเป็นโลหะชนิดหนึ่งที่พบมากที่สุดและถูกที่สุด เป็นการยากที่จะจินตนาการถึงชีวิตสมัยใหม่โดยปราศจากมัน ไม่น่าแปลกใจเลยที่อลูมิเนียมถูกเรียกว่าโลหะแห่งศตวรรษที่ 20 มันเหมาะกับการประมวลผล: การตี การปั๊ม การรีด การดึง และการกด อลูมิเนียมบริสุทธิ์เป็นโลหะที่ค่อนข้างอ่อน ใช้ทำสายไฟ ชิ้นส่วนโครงสร้าง ฟอยล์อาหาร อุปกรณ์เครื่องครัว และสี "สีเงิน" โลหะที่สวยงามและน้ำหนักเบานี้ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในเทคโนโลยีการก่อสร้างและการบิน อลูมิเนียมสะท้อนแสงได้ดีมาก ดังนั้นจึงใช้ทำกระจกโดยใช้วิธีการตกตะกอนโลหะในสุญญากาศ

ในวิศวกรรมอากาศยานและวิศวกรรมเครื่องกล ในการผลิตโครงสร้างอาคาร มีการใช้อลูมิเนียมอัลลอยด์ที่มีความแข็งกว่ามาก สิ่งที่มีชื่อเสียงที่สุดคือโลหะผสมของอลูมิเนียมกับทองแดงและแมกนีเซียม (ดูราลูมินหรือเรียกง่ายๆ ว่า "ดูราลูมิน" ชื่อนี้มาจากเมืองดูเรนในประเทศเยอรมนี) หลังจากการชุบแข็ง โลหะผสมนี้จะได้รับความแข็งพิเศษและแข็งแรงกว่าอะลูมิเนียมบริสุทธิ์ประมาณ 7 เท่า ในขณะเดียวกันก็เบากว่าเหล็กเกือบสามเท่า ได้มาจากการผสมอลูมิเนียมกับการเติมทองแดง แมกนีเซียม แมงกานีส ซิลิคอน และเหล็กเล็กน้อย Silumins ใช้กันอย่างแพร่หลาย - โลหะผสมหล่อของอลูมิเนียมและซิลิคอน นอกจากนี้ยังผลิตโลหะผสมที่มีความแข็งแรงสูง ทนต่อความเย็นจัด (ทนต่อความเย็นจัด) และทนความร้อนได้อีกด้วย สารเคลือบป้องกันและตกแต่งสามารถนำไปใช้กับผลิตภัณฑ์ที่ทำจากอลูมิเนียมอัลลอยด์ได้อย่างง่ายดาย ความเบาและความแข็งแกร่งของอลูมิเนียมอัลลอยด์มีประโยชน์อย่างยิ่งในเทคโนโลยีการบิน ตัวอย่างเช่น โรเตอร์ของเฮลิคอปเตอร์ทำจากโลหะผสมของอลูมิเนียม แมกนีเซียม และซิลิคอน อลูมิเนียมบรอนซ์ที่ค่อนข้างราคาถูก (สูงถึง 11% Al) มีคุณสมบัติเชิงกลสูง มีความเสถียรในน้ำทะเลและแม้กระทั่งในกรดไฮโดรคลอริกเจือจาง ตั้งแต่ปีพ. ศ. 2469 ถึง พ.ศ. 2500 เหรียญในสกุลเงิน 1, 2, 3 และ 5 โกเปคถูกสร้างขึ้นจากอลูมิเนียมบรอนซ์ในสหภาพโซเวียต

ปัจจุบัน หนึ่งในสี่ของอะลูมิเนียมทั้งหมดถูกใช้ในการก่อสร้าง ส่วนวิศวกรรมการขนส่งใช้ในปริมาณเท่ากัน ประมาณ 17% ใช้กับวัสดุบรรจุภัณฑ์และกระป๋อง และ 10% ใช้กับวิศวกรรมไฟฟ้า

ส่วนผสมที่ติดไฟและระเบิดได้หลายชนิดยังมีอะลูมิเนียมอยู่ด้วย Alumotol ซึ่งเป็นส่วนผสมหล่อของไตรไนโตรโทลูอีนและผงอะลูมิเนียม เป็นหนึ่งในวัตถุระเบิดทางอุตสาหกรรมที่ทรงพลังที่สุด แอมโมนัลเป็นสารระเบิดที่ประกอบด้วยแอมโมเนียมไนเตรต ไตรไนโตรโทลูอีน และผงอลูมิเนียม องค์ประกอบของเพลิงไหม้ประกอบด้วยอะลูมิเนียมและสารออกซิไดซ์ - ไนเตรต, เปอร์คลอเรต องค์ประกอบของดอกไม้ไฟ Zvezdochka ยังมีอลูมิเนียมผงอีกด้วย

ส่วนผสมของผงอลูมิเนียมกับโลหะออกไซด์ (เทอร์ไมต์) ใช้ในการผลิตโลหะและโลหะผสมบางชนิด สำหรับรางเชื่อม และในกระสุนเพลิง

อลูมิเนียมยังพบว่ามีประโยชน์จริงเป็นเชื้อเพลิงจรวด หากต้องการเผาอะลูมิเนียม 1 กิโลกรัมจนหมด ต้องใช้ออกซิเจนน้อยกว่าน้ำมันก๊าด 1 กิโลกรัมเกือบสี่เท่า นอกจากนี้ อลูมิเนียมสามารถออกซิไดซ์ได้ไม่เพียงแต่โดยออกซิเจนอิสระเท่านั้น แต่ยังโดยออกซิเจนที่จับกันซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของน้ำหรือคาร์บอนไดออกไซด์อีกด้วย เมื่ออะลูมิเนียม “ไหม้” ในน้ำ จะมีการปล่อย 8800 กิโลจูลต่อผลิตภัณฑ์ 1 กิโลกรัม ซึ่งน้อยกว่าในระหว่างการเผาไหม้ของโลหะในออกซิเจนบริสุทธิ์ 1.8 เท่า แต่มากกว่าในระหว่างการเผาไหม้ในอากาศถึง 1.3 เท่า ซึ่งหมายความว่าแทนที่จะใช้สารประกอบที่เป็นอันตรายและมีราคาแพง น้ำธรรมดาสามารถใช้เป็นตัวออกซิไดเซอร์สำหรับเชื้อเพลิงดังกล่าวได้ แนวคิดในการใช้อะลูมิเนียมเป็นเชื้อเพลิงถูกเสนอในปี 1924 โดยนักวิทยาศาสตร์และนักประดิษฐ์ในประเทศ F.A. Tsander ตามแผนของเขา คุณสามารถใช้องค์ประกอบอลูมิเนียมของยานอวกาศเป็นเชื้อเพลิงเพิ่มเติมได้ โครงการที่กล้าหาญนี้ยังไม่ได้ถูกนำไปใช้จริง แต่เชื้อเพลิงจรวดแข็งที่เป็นที่รู้จักส่วนใหญ่ในปัจจุบันประกอบด้วยอลูมิเนียมโลหะในรูปของผงละเอียด การเติมอลูมิเนียม 15% ลงในเชื้อเพลิงสามารถเพิ่มอุณหภูมิของผลิตภัณฑ์การเผาไหม้ได้หนึ่งพันองศา (จาก 2200 ถึง 3200 K) อัตราการไหลของผลิตภัณฑ์การเผาไหม้จากหัวฉีดของเครื่องยนต์เพิ่มขึ้นอย่างเห็นได้ชัดซึ่งเป็นตัวบ่งชี้พลังงานหลักที่กำหนดประสิทธิภาพของเชื้อเพลิงจรวด ในเรื่องนี้มีเพียงลิเธียมเบริลเลียมและแมกนีเซียมเท่านั้นที่สามารถแข่งขันกับอลูมิเนียมได้ แต่ทั้งหมดนี้มีราคาแพงกว่าอลูมิเนียมมาก

สารประกอบอลูมิเนียมยังใช้กันอย่างแพร่หลาย อลูมิเนียมออกไซด์เป็นวัสดุทนไฟและมีฤทธิ์กัดกร่อน (กากกะรุน) ซึ่งเป็นวัตถุดิบสำหรับการผลิตเซรามิก นอกจากนี้ยังใช้ในการผลิตวัสดุเลเซอร์ ตลับลูกปืนนาฬิกา และหินอัญมณี (ทับทิมเทียม) อลูมิเนียมออกไซด์ที่ผ่านการเผาเป็นตัวดูดซับสำหรับการทำให้ก๊าซและของเหลวบริสุทธิ์ และเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาสำหรับปฏิกิริยาอินทรีย์จำนวนหนึ่ง แอนไฮดรัสอะลูมิเนียมคลอไรด์เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาในการสังเคราะห์สารอินทรีย์ (ปฏิกิริยาฟรีเดล-คราฟต์) ซึ่งเป็นวัสดุเริ่มต้นสำหรับการผลิตอะลูมิเนียมที่มีความบริสุทธิ์สูง อลูมิเนียมซัลเฟตใช้สำหรับทำน้ำให้บริสุทธิ์ ทำปฏิกิริยากับแคลเซียมไบคาร์บอเนตประกอบด้วย:

Al 2 (SO 4) 3 + 3Ca(HCO 3) 2 ® 2AlO(OH) + 3CaSO 4 + 6CO 2 + 2H 2 O ก่อให้เกิดสะเก็ดออกไซด์-ไฮดรอกไซด์ ซึ่งจะตกตะกอน จับตัว และดูดซับบนพื้นผิวที่อยู่ใน สารแขวนลอยและแม้แต่จุลินทรีย์ในน้ำ นอกจากนี้ อะลูมิเนียมซัลเฟตยังใช้เป็นสารประชดสำหรับการย้อมผ้า ฟอกหนัง ถนอมไม้ และกระดาษปรับขนาด แคลเซียมอะลูมิเนตเป็นส่วนประกอบของวัสดุประสาน รวมถึงปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ อิตเทรียมอะลูมิเนียมโกเมน (YAG) YAlO 3 เป็นวัสดุเลเซอร์ อลูมิเนียมไนไตรด์เป็นวัสดุทนไฟสำหรับเตาไฟฟ้า ซีโอไลต์สังเคราะห์ (อยู่ในอะลูมิโนซิลิเกต) เป็นตัวดูดซับในโครมาโตกราฟีและตัวเร่งปฏิกิริยา สารประกอบออร์กาโนอะลูมิเนียม (เช่น ไตรเอทิลอะลูมิเนียม) เป็นส่วนประกอบของตัวเร่งปฏิกิริยา Ziegler-Natta ซึ่งใช้สำหรับการสังเคราะห์โพลีเมอร์ รวมถึงยางสังเคราะห์คุณภาพสูง

อิลยา ลีนสัน

วรรณกรรม:

Tikhonov V.N. เคมีวิเคราะห์ของอะลูมิเนียม- อ., “วิทยาศาสตร์”, 2514
ห้องสมุดยอดนิยมขององค์ประกอบทางเคมี- อ., “วิทยาศาสตร์”, 2526
เครก เอ็น.ซี. Charles Martin Hall และโลหะของเขา เจ.เคม.การศึกษา- 2529 เล่ม. 63, หมายเลข 7
คูมาร์ วี., มิเลฟสกี้ แอล. Charles Martin Hall และการปฏิวัติอลูมิเนียมครั้งใหญ่- J.Chem.Educ., 1987, เล่ม. 64, เลขที่ 8

• การกำหนด - อัล (อลูมิเนียม);
• ระยะเวลา - III;
• กลุ่ม - 13 (IIIa);
• มวลอะตอม - 26.981538;
• เลขอะตอม - 13;
• รัศมีอะตอม = 143 น.;
• รัศมีโควาเลนต์ = 121 น.;
• การกระจายอิเล็กตรอน - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1 ;
• อุณหภูมิหลอมเหลว = 660°C;
• จุดเดือด = 2518°C;
• อิเล็กโทรเนกาติวีตี้ (อ้างอิงจาก Pauling/อ้างอิงจาก Alpred และ Rochow) = 1.61/1.47;
• สถานะออกซิเดชัน: +3.0;
• ความหนาแน่น (หมายเลข) = 2.7 g/cm3;
• ปริมาตรฟันกราม = 10.0 ซม. 3 /โมล

อะลูมิเนียม (สารส้ม) ได้รับครั้งแรกในปี พ.ศ. 2368 โดย Dane G.K. Oersted ในขั้นต้น ก่อนที่จะค้นพบวิธีการผลิตทางอุตสาหกรรม อลูมิเนียมมีราคาแพงกว่าทองคำ

อะลูมิเนียมเป็นโลหะที่มีมากที่สุดในเปลือกโลก (เศษส่วนมวลคือ 7-8%) และเป็นโลหะที่มีมากเป็นอันดับสามของธาตุทั้งหมด รองจากออกซิเจนและซิลิคอน ไม่พบอลูมิเนียมในรูปแบบอิสระในโปรร็อด

สารประกอบอลูมิเนียมธรรมชาติที่สำคัญที่สุด:

• อลูมิโนซิลิเกต - นา 2 O อัล 2 O 3 2SiO 2 ; K 2 O อัล 2 O 3 2SiO 2
• อะลูมิเนียม - อัล 2 O 3 · nน้ำ
• คอรันดัม - อัล 2 O 3
• ไครโอไลท์ - 3NaF AlF 3

ข้าว. โครงสร้างของอะตอมอะลูมิเนียม.

อลูมิเนียมเป็นโลหะที่ออกฤทธิ์ทางเคมี - ในระดับอิเล็กทรอนิกส์ภายนอกจะมีอิเล็กตรอนสามตัวที่มีส่วนร่วมในการก่อตัวของพันธะโควาเลนต์เมื่ออะลูมิเนียมทำปฏิกิริยากับองค์ประกอบทางเคมีอื่น ๆ (ดูพันธะโควาเลนต์) อะลูมิเนียมเป็นตัวรีดิวซ์ที่แรงและมีสถานะออกซิเดชันที่ +3 ในสารประกอบทั้งหมด

ที่อุณหภูมิห้อง อลูมิเนียมจะทำปฏิกิริยากับออกซิเจนที่มีอยู่ในอากาศในบรรยากาศเพื่อสร้างฟิล์มออกไซด์ที่เข้มข้น ซึ่งป้องกันกระบวนการออกซิเดชัน (การกัดกร่อน) ของโลหะเพิ่มเติมได้อย่างน่าเชื่อถือ ซึ่งเป็นผลมาจากกิจกรรมทางเคมีของอลูมิเนียมลดลง

ต้องขอบคุณฟิล์มออกไซด์ที่ทำให้อะลูมิเนียมไม่ทำปฏิกิริยากับกรดไนตริกที่อุณหภูมิห้อง ดังนั้นเครื่องครัวอะลูมิเนียมจึงเป็นภาชนะที่เชื่อถือได้สำหรับจัดเก็บและขนส่งกรดไนตริก

คุณสมบัติทางกายภาพของอลูมิเนียม:

• โลหะเงินขาว
• แข็ง;
• ยั่งยืน;
• ง่าย;
• พลาสติก (ยืดเป็นลวดบางและฟอยล์);
• มีค่าการนำไฟฟ้าและความร้อนสูง
• จุดหลอมเหลว 660°C
• อลูมิเนียมธรรมชาติประกอบด้วยไอโซโทป 27 13 Al หนึ่งตัว

คุณสมบัติทางเคมีของอลูมิเนียม:

• เมื่อถอดฟิล์มออกไซด์ออกอลูมิเนียมจะทำปฏิกิริยากับน้ำ:
  2อัล + 6H 2 O = 2อัล(OH) 3 + 3H 2;
• ที่อุณหภูมิห้องจะทำปฏิกิริยากับโบรมีนและคลอรีนเพื่อสร้างเกลือ:
  2Al + 3Br 2 = 2AlCl 3;
• ที่อุณหภูมิสูงอลูมิเนียมจะทำปฏิกิริยากับออกซิเจนและซัลเฟอร์ (ปฏิกิริยาจะมาพร้อมกับการปล่อยความร้อนจำนวนมาก):
  4Al + 3O 2 = 2Al 2 O 3 + Q;
  2Al + 3S = อัล 2 ส 3 + Q;
• ที่ t=800°C ทำปฏิกิริยากับไนโตรเจน:
  2อัล + ยังไม่มีข้อความ 2 = 2อัลเอ็น;
• ที่ t=2000°C ทำปฏิกิริยากับคาร์บอน:
  2Al + 3C = อัล 4 C 3;
• ลดโลหะหลายชนิดจากออกไซด์ - อลูมิโนเทอร์มี(ที่อุณหภูมิสูงถึง 3,000°C) ทังสเตน วาเนเดียม ไทเทเนียม แคลเซียม โครเมียม เหล็ก แมงกานีส ผลิตในเชิงอุตสาหกรรม:
  8Al + 3Fe 3 O 4 = 4Al 2 O 3 + 9Fe;
• ทำปฏิกิริยากับกรดไฮโดรคลอริกและกรดซัลฟิวริกเจือจางเพื่อปล่อยไฮโดรเจน:
  2Al + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2;
  2Al + 3H 2 SO 4 = อัล 2 (SO 4) 3 + 3H 2;
• ทำปฏิกิริยากับกรดซัลฟิวริกเข้มข้นที่อุณหภูมิสูง:
  2Al + 6H 2 SO 4 = อัล 2 (SO 4) 3 + 3SO 2 + 6H 2 O;
• ทำปฏิกิริยากับอัลคาไลด้วยการปล่อยไฮโดรเจนและการก่อตัวของเกลือเชิงซ้อน - ปฏิกิริยาเกิดขึ้นในหลายขั้นตอน: เมื่ออลูมิเนียมถูกแช่ในสารละลายอัลคาไลฟิล์มป้องกันออกไซด์ที่ทนทานซึ่งอยู่บนพื้นผิวของโลหะจะละลาย หลังจากที่ฟิล์มละลาย อลูมิเนียมในฐานะโลหะแอคทีฟ จะทำปฏิกิริยากับน้ำเพื่อสร้างอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ ซึ่งทำปฏิกิริยากับอัลคาไลเป็นแอมโฟเทอริกไฮดรอกไซด์:
  • Al 2 O 3 +2NaOH = 2NaAlO 2 +H 2 O - การละลายของฟิล์มออกไซด์
  • 2Al+6H 2 O = 2Al(OH) 3 +3H 2 - ปฏิกิริยาระหว่างอะลูมิเนียมกับน้ำเพื่อสร้างอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์
  • NaOH+Al(OH) 3 = NaAlO 2 + 2H 2 O - ปฏิกิริยาระหว่างอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์กับด่าง
  • 2Al+2NaOH+2H 2 O = 2NaAlO 2 +3H 2 - สมการโดยรวมสำหรับปฏิกิริยาของอะลูมิเนียมกับด่าง

การเชื่อมต่ออลูมิเนียม

อัล 2 โอ 3 (อลูมินา)

อลูมิเนียมออกไซด์ Al 2 O 3 เป็นสารสีขาว ทนไฟได้มากและแข็ง (โดยธรรมชาติแล้ว มีเพียงเพชร คาร์บอรันดัม และโบราโซนเท่านั้นที่แข็งกว่า)

คุณสมบัติของอลูมินา:

• ไม่ละลายในน้ำและทำปฏิกิริยากับมัน
• เป็นสารแอมโฟเทอริกที่ทำปฏิกิริยากับกรดและด่าง:
  อัล 2 O 3 + 6HCl = 2AlCl 3 + 3H 2 O;
  อัล 2 O 3 + 6NaOH + 3H 2 O = 2Na 3;
• แอมโฟเทอริกออกไซด์ทำปฏิกิริยาอย่างไรเมื่อหลอมรวมกับออกไซด์ของโลหะและเกลือเพื่อสร้างอะลูมิเนต:
  อัล 2 O 3 + K 2 O = 2KAlO 2

ในอุตสาหกรรมนั้นอลูมินาได้มาจากแร่บอกไซต์ ในสภาพห้องปฏิบัติการ สามารถรับอลูมินาได้จากการเผาไหม้อะลูมิเนียมในออกซิเจน:
4อัล + 3O 2 = 2อัล 2 O 3

การใช้งานของอลูมินา:

• สำหรับการผลิตอะลูมิเนียมและเซรามิกไฟฟ้า
• เป็นวัสดุขัดและทนไฟ
• เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาในปฏิกิริยาการสังเคราะห์สารอินทรีย์

อัล(OH)3

อะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ Al(OH) 3 เป็นของแข็งผลึกสีขาวที่ได้มาจากปฏิกิริยาการแลกเปลี่ยนจากสารละลายอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ โดยจะตกตะกอนเป็นตะกอนเจลาตินัสสีขาวที่ตกผลึกเมื่อเวลาผ่านไป สารประกอบแอมโฟเทอริกนี้แทบไม่ละลายในน้ำ:
อัล(OH) 3 + 3NaOH = นา 3;
อัล(OH) 3 + 3HCl = AlCl 3 + 3H 2 O

• อันตรกิริยาของ Al(OH) 3 กับกรด:
  อัล(OH) 3 +3H + Cl = อัล 3+ Cl 3 +3H 2 O
• ปฏิกิริยาระหว่างอัล(OH) 3 กับด่าง:
  อัล(OH) 3 +NaOH - = NaAlO 2 - +2H 2 O

อะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ได้มาจากการกระทำของด่างต่อสารละลายเกลืออลูมิเนียม:
AlCl 3 + 3NaOH = อัล(OH) 3 + 3NaCl

การผลิตและการใช้อลูมิเนียม

อลูมิเนียมค่อนข้างยากที่จะแยกออกจากสารประกอบธรรมชาติด้วยวิธีทางเคมีซึ่งอธิบายได้ด้วยความแข็งแรงสูงของพันธะในอลูมิเนียมออกไซด์ ดังนั้นสำหรับการผลิตทางอุตสาหกรรมของอลูมิเนียมอิเล็กโทรไลซิสของสารละลายอลูมินาอัล 2 โอ 3 ในไครโอไลท์หลอมเหลว Na 3 ใช้อัลเอฟ 6 จากผลของกระบวนการนี้ อะลูมิเนียมจะถูกปล่อยออกมาที่แคโทด และออกซิเจนจะถูกปล่อยออกมาที่ขั้วบวก:

2อัล 2 โอ 3 → 4อัล + 3O 2

วัตถุดิบเริ่มต้นคืออะลูมิเนียม อิเล็กโทรไลซิสเกิดขึ้นที่อุณหภูมิ 1,000°C: จุดหลอมเหลวของอะลูมิเนียมออกไซด์คือ 2,500°C - ไม่สามารถดำเนินการอิเล็กโทรไลซิสได้ที่อุณหภูมินี้ ดังนั้นอะลูมิเนียมออกไซด์จึงถูกละลายในไครโอไลต์หลอมเหลว และหลังจากนั้นอิเล็กโทรไลต์ที่ได้จึงจะถูกนำไปใช้เท่านั้น ในกระบวนการอิเล็กโทรไลซิสเพื่อผลิตอะลูมิเนียม

การใช้อลูมิเนียม:

• อลูมิเนียมอัลลอยด์ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายเป็นวัสดุโครงสร้างในรถยนต์ เครื่องบิน และการต่อเรือ: ดูราลูมิน ซิลูมิน อลูมิเนียมบรอนซ์
• ในอุตสาหกรรมเคมีเป็นตัวรีดิวซ์
• ในอุตสาหกรรมอาหารเพื่อการผลิตฟอยล์ เครื่องใช้บนโต๊ะอาหาร วัสดุบรรจุภัณฑ์
• สำหรับทำสายไฟ ฯลฯ

ประมาณปี 1807 เดวีซึ่งพยายามดำเนินการอิเล็กโทรลิซิสของอลูมินา ได้ตั้งชื่อโลหะที่ควรจะบรรจุอลูมินาว่าอะลูมิเนียม ฮันส์ เออร์สเตด ได้รับอะลูมิเนียมเป็นครั้งแรกในปี พ.ศ. 2368 โดยการกระทำของโพแทสเซียมอะมัลกัมกับอะลูมิเนียมคลอไรด์ ตามด้วยการกลั่นปรอท ในปี 1827 Wöhler แยกโลหะอะลูมิเนียมด้วยวิธีที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น โดยให้ความร้อนอะลูมิเนียมคลอไรด์ปราศจากน้ำด้วยโลหะโพแทสเซียม

อยู่ในธรรมชาติได้รับ:

ในแง่ของความแพร่หลายในธรรมชาติ เป็นอันดับ 1 ในกลุ่มโลหะ และอันดับที่ 3 ในกลุ่มธาตุ รองจากออกซิเจนและซิลิคอนเท่านั้น นักวิจัยหลายคนระบุว่าปริมาณอะลูมิเนียมในเปลือกโลกมีตั้งแต่ 7.45% ถึง 8.14% ของมวลเปลือกโลก โดยธรรมชาติแล้ว อะลูมิเนียมจะพบได้ในสารประกอบ (แร่ธาตุ) เท่านั้น
คอรันดัม: Al 2 O 3 - อยู่ในคลาสของออกไซด์ธรรมดาและบางครั้งก็ก่อตัวเป็นผลึกล้ำค่าโปร่งใส - แซฟไฟร์และด้วยการเติมโครเมียมทับทิม สะสมอยู่ใน placers
อะลูมิเนียม: Al 2 O 3 *nH 2 O - แร่อลูมิเนียมตะกอน มีสิ่งเจือปนที่เป็นอันตราย - SiO 2 อะลูมิเนียมทำหน้าที่เป็นวัตถุดิบสำคัญสำหรับการผลิตอะลูมิเนียม เช่นเดียวกับสีและสารกัดกร่อน
ดินขาว: Al 2 O 3 *2SiO 2 *2H 2 O เป็นแร่ของคลาสย่อยซิลิเกตแบบชั้น ซึ่งเป็นส่วนประกอบหลักของดินเหนียวสีขาว วัสดุทนไฟ และพอร์ซเลน
วิธีการผลิตอะลูมิเนียมสมัยใหม่ได้รับการพัฒนาโดย American Charles Hall และ Paul Héroux ชาวฝรั่งเศส ประกอบด้วยการละลายอลูมิเนียมออกไซด์ Al 2 O 3 ในการละลายของไครโอไลท์ Na 3 AlF 3 ตามด้วยอิเล็กโทรไลซิสโดยใช้ขั้วไฟฟ้ากราไฟท์ วิธีการผลิตนี้ต้องใช้ไฟฟ้าเป็นจำนวนมากจึงได้รับความนิยมในศตวรรษที่ 20 เท่านั้น ในการผลิตอะลูมิเนียม 1 ตัน ต้องใช้อลูมินา 1.9 ตัน และไฟฟ้า 18,000 กิโลวัตต์ชั่วโมง

คุณสมบัติทางกายภาพ:

โลหะมีสีขาวเงิน สว่าง ความหนาแน่น 2.7 g/cm3 จุดหลอมเหลว 660°C จุดเดือด 2500°C ความเหนียวสูง รีดเป็นแผ่นบางและแม้กระทั่งฟอยล์ อลูมิเนียมมีค่าการนำไฟฟ้าและความร้อนสูง และสะท้อนแสงได้สูง อลูมิเนียมเป็นโลหะผสมกับโลหะเกือบทั้งหมด

คุณสมบัติทางเคมี:

ภายใต้สภาวะปกติ อะลูมิเนียมจะถูกเคลือบด้วยฟิล์มออกไซด์ที่บางและทนทาน ดังนั้นจึงไม่ทำปฏิกิริยากับสารออกซิไดซ์แบบดั้งเดิม: ด้วย H 2 O (t°); O 2, HNO 3 (โดยไม่ให้ความร้อน) ด้วยเหตุนี้อลูมิเนียมจึงไม่ถูกกัดกร่อนและเป็นที่ต้องการอย่างกว้างขวางในอุตสาหกรรมสมัยใหม่ อย่างไรก็ตามเมื่อฟิล์มออกไซด์ถูกทำลาย (ตัวอย่างเช่นเมื่อสัมผัสกับสารละลายของเกลือแอมโมเนียม NH 4 +, อัลคาไลร้อนหรือเป็นผลมาจากการผสมกัน) อลูมิเนียมจะทำหน้าที่เป็นโลหะรีดิวซ์ที่แอคทีฟ ทำปฏิกิริยาได้ง่ายกับสารธรรมดา: ออกซิเจน ฮาโลเจน: 2Al + 3Br 2 = 2AlBr 3
อลูมิเนียมทำปฏิกิริยากับอโลหะอื่น ๆ เมื่อถูกความร้อน:
2Al + 3S = อัล 2 S 3 2Al + N 2 = 2AlN
อลูมิเนียมสามารถละลายได้เฉพาะไฮโดรเจนเท่านั้น แต่ไม่ทำปฏิกิริยากับมัน
ด้วยสารที่ซับซ้อน: อลูมิเนียมทำปฏิกิริยากับด่าง (เกิดเป็นเตตระไฮดรอกซีอะลูมิเนต):
2Al + 2NaOH + 6H 2 O = 2Na + 3H 2
ละลายได้ง่ายในกรดซัลฟิวริกเจือจางและเข้มข้น:
2Al + 3H 2 SO 4 (ดิล) = อัล 2 (SO 4) 3 + 3H 2 2Al + 6H 2 SO 4 (คอนซี) = อัล 2 (SO 4) 3 + 3SO 2 + 6H 2 O
อลูมิเนียมลดโลหะจากออกไซด์ (อะลูมิเนียมเทอร์มิ): 8Al + 3Fe 3 O 4 = 4Al 2 O 3 + 9Fe

การเชื่อมต่อที่สำคัญที่สุด:

อลูมิเนียมออกไซด์, Al 2 O 3: สารสีขาวที่เป็นของแข็งและทนไฟ Crystalline Al 2 O 3 เป็นแบบพาสซีฟทางเคมี ส่วนอสัณฐานจะมีความว่องไวมากกว่า ทำปฏิกิริยาช้าๆ กับกรดและด่างในสารละลาย โดยแสดงคุณสมบัติแอมโฟเทริก:
อัล 2 O 3 + 6HCl (เข้มข้น) = 2AlCl 3 + ZH 2 O อัล 2 O 3 + 2NaOH (เข้มข้น) + 3H 2 O = 2Na
(NaAlO 2 ก่อตัวขึ้นในการหลอมของอัลคาไล)
อะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์, Al(OH) 3: อสัณฐานสีขาว (คล้ายเจล) หรือผลึก แทบไม่ละลายในน้ำ เมื่อถูกความร้อนจะสลายตัวทีละขั้นตอน มีคุณสมบัติเป็นกรดและเบสเด่นชัดพอๆ กัน เมื่อผสมกับ NaOH จะเกิด NaAlO 2 เพื่อให้ได้ตะกอน Al(OH) 3 โดยปกติจะไม่ใช้อัลคาไล (เนื่องจากเปลี่ยนตะกอนเป็นสารละลายได้ง่าย) แต่ทำปฏิกิริยากับเกลืออะลูมิเนียมด้วยสารละลายแอมโมเนีย - Al(OH) 3 จะเกิดขึ้นที่อุณหภูมิห้อง
เกลืออลูมิเนียม- เกลืออะลูมิเนียมและกรดแก่ละลายได้สูงในน้ำและผ่านการไฮโดรไลซิสของแคตไอออนอย่างมีนัยสำคัญ ทำให้เกิดสภาพแวดล้อมที่เป็นกรดอย่างแรง โดยที่โลหะ เช่น แมกนีเซียมและสังกะสีละลาย: Al 3+ + H 2 O = AlOH 2+ + H +
ฟลูออไรด์ AlF 3 และออร์โธฟอสเฟต AlPO 4 ไม่ละลายในน้ำ และเกลือของกรดอ่อนมาก เช่น H 2 CO 3 จะไม่เกิดขึ้นเลยจากการตกตะกอนจากสารละลายที่เป็นน้ำ
รู้จักเกลืออลูมิเนียมสองชั้น - สารส้มองค์ประกอบ MAl(SO 4) 2 *12H 2 O (M=Na +, K +, Rb +, Cs +, TI +, NH 4 +) ที่พบมากที่สุดคือโพแทสเซียมสารส้ม KAl(SO 4) 2 *12H 2 โอ.
การละลายของแอมโฟเทอริกไฮดรอกไซด์ในสารละลายอัลคาไลน์ถือเป็นกระบวนการก่อตัว เกลือไฮดรอกโซ(ไฮดรอกซีคอมเพล็กซ์) การมีอยู่ของไฮดรอกโซคอมเพล็กซ์ [Al(OH) 4 (H 2 O) 2] -, [Al(OH) 6] 3-, [Al(OH) 5 (H 2 O)] 2- ได้รับการพิสูจน์จากการทดลอง; ในจำนวนนี้อย่างแรกมีความคงทนที่สุด หมายเลขประสานงานของอลูมิเนียมในคอมเพล็กซ์เหล่านี้คือ 6 เช่น อลูมิเนียมเป็นแบบหกพิกัด
สารประกอบอลูมิเนียมไบนารีสารประกอบที่มีพันธะโควาเลนต์เป็นส่วนใหญ่ เช่น Al 2 S 3 ซัลไฟด์ และ Al 4 C 3 คาร์ไบด์ จะถูกย่อยสลายอย่างสมบูรณ์ด้วยน้ำ:
อัล 2 S 3 + 6H 2 O = 2Al(OH) 3 + 3H 2 S อัล 4 C 3 + 12H 2 O = 4Al(OH) 3 + 3CH 4

แอปพลิเคชัน:

นิยมใช้เป็นวัสดุก่อสร้าง ข้อได้เปรียบหลักของอลูมิเนียมในคุณภาพนี้คือความเบา ความอ่อนตัวในการปั๊ม ความต้านทานการกัดกร่อน และการนำความร้อนสูง อลูมิเนียมเป็นส่วนประกอบสำคัญของโลหะผสมหลายชนิด (ทองแดง - อลูมิเนียมบรอนซ์ แมกนีเซียม ฯลฯ)
มันถูกใช้ในงานวิศวกรรมไฟฟ้าเพื่อการผลิตสายไฟและการป้องกัน
อลูมิเนียมถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในอุปกรณ์ระบายความร้อนและเทคโนโลยีไครโอเจนิก
การสะท้อนแสงสูง รวมกับต้นทุนที่ต่ำและความง่ายในการสะสม ทำให้อลูมิเนียมเป็นวัสดุที่เหมาะสำหรับการทำกระจก
อลูมิเนียมและสารประกอบของมันถูกใช้ในเทคโนโลยีจรวดเป็นเชื้อเพลิงจรวด ในการผลิตวัสดุก่อสร้างที่เป็นตัวแทนการขึ้นรูปก๊าซ

อัลลายารอฟ ดามีร์
มหาวิทยาลัยแห่งรัฐ HF Tyumen กลุ่ม 561

คำนิยาม

อลูมิเนียม– องค์ประกอบทางเคมีของคาบที่ 3 ของกลุ่ม IIIA หมายเลขซีเรียล – 13. โลหะ อลูมิเนียมเป็นองค์ประกอบของตระกูล p สัญลักษณ์ – อัล

มวลอะตอม – 27 amu การกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์ของระดับพลังงานภายนอกคือ 3s 2 3p 1 ในสารประกอบอะลูมิเนียมจะมีสถานะออกซิเดชันเป็น "+3"

คุณสมบัติทางเคมีของอะลูมิเนียม

อลูมิเนียมแสดงคุณสมบัติลดปฏิกิริยา เนื่องจากฟิล์มออกไซด์จะก่อตัวบนพื้นผิวเมื่อสัมผัสกับอากาศ จึงมีความทนทานต่อปฏิกิริยากับสารอื่นๆ ตัวอย่างเช่น อลูมิเนียมถูกทำให้ขุ่นในน้ำ กรดไนตริกเข้มข้น และสารละลายโพแทสเซียมไดโครเมต อย่างไรก็ตาม หลังจากเอาฟิล์มออกไซด์ออกจากพื้นผิวแล้ว ก็สามารถทำปฏิกิริยากับสารธรรมดาได้ ปฏิกิริยาส่วนใหญ่เกิดขึ้นเมื่อถูกความร้อน:

2ผงอัล +3/2O 2 = อัล 2 O 3;

2อัล + 3F 2 = 2อัลเอฟ 3 (t);

ผง 2Al + 3Hal 2 = 2AlHal 3 (t = 25C);

2Al + N 2 = 2AlN (t);

2Al +3S = อัล 2 ส 3 (t);

4Al + 3C กราไฟท์ = Al 4 C 3 (t);

4Al + P 4 = 4AlP (t ในบรรยากาศ H 2)

นอกจากนี้ หลังจากที่เอาฟิล์มออกไซด์ออกจากพื้นผิวแล้ว อลูมิเนียมก็สามารถทำปฏิกิริยากับน้ำเพื่อสร้างไฮดรอกไซด์ได้:

2อัล + 6H 2 O = 2อัล(OH) 3 + 3H 2

อะลูมิเนียมมีคุณสมบัติเป็นแอมโฟเทอริก จึงสามารถละลายในสารละลายกรดและด่างเจือจางได้:

2Al + 3H 2 SO 4 (เจือจาง) = อัล 2 (SO 4) 3 + 3H 2;

2Al + 6HCl เจือจาง = 2AlCl 3 + 3 H 2 ;

8Al + 30HNO 3 (เจือจาง) = 8Al(NO 3) 3 + 3N 2 O + 15H 2 O;

2อัล +2NaOH +3H 2 O = 2Na + 3H 2;

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

การบำบัดด้วยอะลูมิเนียมเป็นวิธีการผลิตโลหะจากออกไซด์ โดยอาศัยอะลูมิเนียมรีดักชันของโลหะเหล่านี้:

8Al + 3Fe 3 O 4 = 4Al 2 O 3 + 9Fe;

2Al + Cr 2 O 3 = อัล 2 O 3 + 2Cr

คุณสมบัติทางกายภาพของอลูมิเนียม

อลูมิเนียมเป็นสีเงินสีขาว คุณสมบัติทางกายภาพหลักของอลูมิเนียมคือความเบา การนำความร้อนและไฟฟ้าสูง ในสถานะอิสระเมื่อสัมผัสกับอากาศอลูมิเนียมจะถูกหุ้มด้วยฟิล์ม Al 2 O 3 ออกไซด์ที่ทนทานซึ่งทำให้ทนทานต่อการกระทำของกรดเข้มข้น จุดหลอมเหลว – 660.37C จุดเดือด – 2500C

การผลิตและการใช้อลูมิเนียม

อลูมิเนียมผลิตโดยอิเล็กโทรไลซิสของออกไซด์หลอมเหลวขององค์ประกอบนี้:

2อัล 2 โอ 3 = 4อัล + 3O 2

อย่างไรก็ตามเนื่องจากผลผลิตต่ำจึงมักใช้วิธีการผลิตอลูมิเนียมด้วยกระแสไฟฟ้าของส่วนผสมของ Na 3 และ Al 2 O 3 บ่อยกว่า ปฏิกิริยาเกิดขึ้นเมื่อถูกความร้อนถึง 960C และต่อหน้าตัวเร่งปฏิกิริยา - ฟลูออไรด์ (AlF 3, CaF 2 ฯลฯ ) ในขณะที่อะลูมิเนียมจะปล่อยออกมาที่แคโทดและออกซิเจนจะถูกปล่อยออกมาที่ขั้วบวก

อลูมิเนียมมีการใช้งานอย่างกว้างขวางในอุตสาหกรรม โลหะผสมที่ทำจากอลูมิเนียมเป็นวัสดุโครงสร้างหลักในเครื่องบินและการต่อเรือ

ตัวอย่างการแก้ปัญหา

ตัวอย่างที่ 1