Таблиця леєва - Алюміній(aluminium)
Алюміній (лат. aluminium), al, хімічний елемент III групи періодичної системи Менделєєва; атомний номер 13, атомна маса 26,9815; сріблясто-білий легкий метал. Складається з одного стабільного ізотопу 27 al.
Історична довідка. Назва А. походить від латинського alumen - так ще за 500 років до н. е. називалися алюмінієві галун, які застосовувалися як протрава при фарбуванні тканин і для дублення шкіри. Датський вчений Х. К. Ерстед в 1825, діючи амальгамою калію на безводний alcl 3 і потім відганяючи ртуть, отримав відносно чистий А. Перший промисловий спосіб виробництва А. запропонував у 1854 французький хімік А. Е. Сент-Клер Девіль: спосіб полягав у відновлення подвійного хлориду А. і натрію na 3 aici 6 металевим натрієм. Схожий за кольором на срібло, А. спочатку цінувався дуже дорого. З 1855 по 1890 було отримано всього 200 т А. Сучасний спосіб отримання А. електролізом кріоліто-глиноземного розплаву розроблений в 1886 одночасно і незалежно один від одного Ч. Холлом у США та П. Еру у Франції.
Фізичні та хімічні властивості. А. поєднує дуже цінний комплекс властивостей: малу щільність, високу теплопровідність та електричну провідність, високу пластичність та хорошу корозійну стійкість. Він легко піддається куванню, штампуванню, прокатці, волоченню. А. добре зварюється газовою, контактною та ін. видами зварювання. Грати А. кубічна гранецентрована з параметром а = 4,0413 å. Властивості А., як і всіх металів, значною мірою залежить від його чистоти. Властивості А. особливої чистоти (99,996%): щільність (при 20 ° С) 2698,9 кг/м 3 t пл 660,24 ° С; t kіп близько 2500 ° С: коефіцієнт термічного розширення (від 20 ° до 100 ° С) 23,86 • 10 -6; теплопровідність (при 190°С) 343 вт/м • До (0,82 кал/см • сек • °С), питоматеплоємність (при 100°С) 931,98 дж/кг К (0,2226 • кал/г • °С); електропровідність до міді (при 20°С) 65,5%. А. володіє невисокою міцністю (межа міцності 50-60 Мн/м 2 ), твердістю (170 Мн/м 2 за Брінеллем) і високою пластичністю (до 50%). При холодній прокатці межа міцності А. зростає до 115 Мн/м 2 , твердість - до 270 Мн/м 2 відносне подовження знижується до 5% (1 Мн/м 2 » 0,1 кгс/мм 2 ). А. добре полірується, анодується і має високу відбивну здатність, близьку до срібла (він відображає до 90% падаючої світлової енергії). Маючи велику спорідненість до кисню, А. на повітрі покривається тонкою, але дуже міцною плівкою окису al 2 o 3 захищає метал від подальшого окислення і зумовлює його високі антикорозійні властивості. Міцність окисної плівки і захисна дія її сильно зменшуються в присутності домішок ртуті, натрію, магнію, міді та ін. харчових продуктів.
Зовнішня електронна оболонка атома А. складається з 3 електронів і має будову 3 s 2 3р. У звичайних умовах А. у з'єднаннях 3-валент, але при високих температурах може бути одновалентним, утворюючи т.з. суб'єднання. Субгалогеніди А., aif і alcl, стійкі лише в газоподібному стані, у вакуумі або в інертній атмосфері, при зниженні температури розпадаються (диспропорціонують) на чистий al і alf 3 або alcl 3 і тому можуть бути використані для отримання надчистого А. При розжарюванні дрібноздрібнений або порошкоподібний А. енергійно згоряє на повітрі. Спалюванням А. струмі кисню досягається температура вище 3000°С. Властивістю А. активно взаємодіяти зкиснем користуються для відновлення металів з їх оксидів. При темно-червоному жарінні фтор енергійно взаємодіє з А., утворюючи aif 3. Хлор і рідкий бром реагують з А. при кімнатній температурі, йод - при нагріванні. При високій температурі А. з'єднується з азотом, вуглецем і сіркою, утворюючи відповідно нітрид ain, карбід al 4 c 3 і сульфід al 2 s 3 . З воднем А. не взаємодіє; гідрид А. (alh 3 )x отриманий непрямим шляхом. Великий інтерес представляють подвійні гідриди А. та елементів l та ii груп періодичної системи складу meh n -nalh 3 т.зв. алюмогідриди. А. легко розчиняється в лугах, виділяючи водень та утворюючи алюмінати. Більшість солей А. добре розчиняється у воді. Розчини солей А. унаслідок гідролізу показують кислу реакцію.
При електролітичному виробництві А. можливі ураження електричним струмом, високою температурою та шкідливими газами. Для запобігання нещасним випадкам ванни надійно ізолюють, робітники користуються сухими валянками, відповідним спецодягом. Здорова атмосфера підтримується ефективною вентиляцією. При постійному вдиханні пилу металевого А. та його окису може виникнути алюміній легень. У робітників, зайнятих у виробництві А., часті катари верхніх дихальних шляхів (риніти, фарингіти, ларингіти). Гранично допустима концентрація в повітрі пилу металевого А., його окису та сплавів 2 мг/м 3 .
Застосування. Поєднання фізичних, механічних та хімічних властивостей А. визначає його широке застосування практично у всіх галузях техніки, особливо у вигляді його сплавів з ін. металами. В електротехніці А. успішно замінює мідь, особливо у виробництві масивних провідників, наприклад, у повітряних лініях, високовольтних кабелях, шинах розподільчих пристроїв, трансформаторах (електрична).провідність А. досягає 65,5% електричної провідності міді, і він більш ніж утричі легший за мідь; при поперечному перерізі, що забезпечує одну і ту ж провідність, маса проводів з А. вдвічі менша за мідні). Надчистий А. використовують у виробництві електричних конденсаторів і випрямлячів, дія яких заснована на здатності окисної плівки А. пропускати електричний струм тільки в одному напрямку. Надчистий А., очищений зонною плавкою, застосовується для синтезу напівпровідникових сполук типу a iii b v, що застосовуються для виробництва напівпровідникових приладів. Чистий А. використовують у виробництві різного роду дзеркал відбивачів. А. високої чистоти застосовують для запобігання металевим поверхням від дії атмосферної корозії (плакування, алюмінієва фарба). Маючи відносно низький переріз поглинання нейтронів, А. застосовується як конструкційний матеріал у ядерних реакторах.
В алюмінієвих резервуарах великої ємності зберігають і транспортують рідкі гази (метан, кисень, водень тощо), азотну та оцтову кислоти, чисту воду, перекис водню та харчові олії. А. широко застосовують в устаткуванні та апаратах харчової промисловості, для пакування харчових продуктів (у вигляді фольги), для виробництва різного роду побутових виробів. Різко зросло споживання А. для оздоблення будівель, архітектурних, транспортних та спортивних споруд.
У металургії А. (крім сплавів на його основі) — одна з найпоширеніших легуючих добавок у сплавах на основі cu, mg, ti, ni, zn і fe. Застосовують А. також для розкислення сталі перед заливанням її у форму, а також у процесах отримання деяких металів методом алюмінотермії. На основі А. методом порошкової металургії створено САП (спечений алюмінієвий порошок), що володіє при температурах вище300°З великою жароміцністю.
А. використовують у виробництві вибухових речовин (аммонал, алюмотол). Широко застосовують різні сполуки А.
Виробництво та споживання А. безперервно зростає, значно випереджаючи за темпами зростання виробництво сталі, міді, свинцю, цинку.
Біляєв А. І., Вольфсон Г. Е., Лазарєв Г. І.. Фірсанова Л. А., Отримання чистого алюмінію, [М.], 1967; Бєляєв А. І., Ріпнопорт Н.. Би., Фірсанова Л. А., Електрометалургія алюмінію, М., 1953; Бєляєв А. І., Історія алюмінію, у збірнику: Праці інституту історії природознавства та техніки, т. 20, М., 1959; Фрідляндер І. Н., Алюміній та його сплави, М., 1965.
Геохімія А. Геохімічні риси А. визначаються його великою спорідненістю до кисню (у мінералах А. входить у кисневі октаедри та тетраедри), постійною валентністю (3), слабкою розчинністю більшості природних сполук. В ендогенних процесах при застиганні магми та формуванні вивержених порід А. входить у кристалічну решітку польових шпатів, слюд та ін мінералів - алюмосилікатів. У біосфері А. — слабкий міграт, його мало в організмах та гідросфері. У вологому кліматі, де залишки рясної рослинності, що розкладаються, утворюють багато органічних кислот, А. мігрує в грунтах і водах у вигляді органо-мінеральних колоїдних сполук; А. адсорбується колоїдами і осаджується в нижній частині ґрунтів. Зв'язок А. з кремнієм частково порушується і місцями у тропіках утворюються мінерали – гідроокисли А. – беміт, діаспор, гідраргіліт. Більша частина А. входить до складу алюмосилікатів — каолініту, бейделліту та інших. глинистих мінералів. Слабка рухливість визначає залишкове накопичення А. у корі вивітрювання вологих тропіків. В результаті утворюються елювіальні боксити. У минулі геологічні епохи боксити накопичувалися також уозерах та прибережній зоні морів тропічних областей (наприклад, осадові боксити Казахстану). У степах та пустелях, де живої речовини мало, а води нейтральні та лужні, А. майже не мігрує. Найбільш енергійна міграція А. у вулканічних областях, де спостерігаються сильнокислі річкові та підземні води, багаті А. У місцях змішування кислих вод із лужними - морськими (у гирлах річок та ін.), А. осідає з утворенням бокситових родовищ.
Літ.: Войнар А. О., Біологічна роль мікроелементів в організмі тварин і людини, 2 видавництва, М., 1960, с. 73-77.