عنصر شیمیایی آلومینیوم را توضیح دهید. خواص شیمیایی و فیزیکی آلومینیوم

نوع درس. ترکیب شده.

وظایف:

آموزشی:

1. دانش دانش آموزان را در مورد ساختار اتم، معانی فیزیکی شماره سریال، شماره گروه، شماره دوره با استفاده از آلومینیوم به عنوان مثال به روز کنید.

2. ایجاد دانش دانش آموزان مبنی بر اینکه آلومینیوم در حالت آزاد دارای خواص فیزیکی و شیمیایی خاص و مشخصی است.

در حال توسعه:

1. ایجاد علاقه به مطالعه علم با ارائه گزارش های تاریخی و علمی مختصر در مورد گذشته، حال و آینده آلومینیوم.

2. تداوم شکل گیری مهارت های پژوهشی دانش آموزان هنگام کار با ادبیات، انجام کارهای آزمایشگاهی.

3. مفهوم آمفوتریک را با آشکار ساختن ساختار الکترونیکی آلومینیوم، خواص شیمیایی ترکیبات آن گسترش دهید.

آموزشی:

1. با ارائه اطلاعات در مورد استفاده احتمالی از آلومینیوم دیروز، امروز، فردا، احترام به محیط زیست را افزایش دهید.

2. ایجاد توانایی کار تیمی برای هر دانش آموز، در نظر گرفتن نظر کل گروه و دفاع صحیح از خود با انجام کارهای آزمایشگاهی.

3. آشنایی دانشجویان با اخلاق علمی، صداقت و درستی دانشمندان علوم طبیعی گذشته، ارائه اطلاعات در مورد مبارزه برای حق کاشف آلومینیوم.

مروری بر موضوعات قلیایی و خاکی قلیایی M (تکرار):

تعداد الکترون های سطح انرژی بیرونی قلیایی و قلیایی خاکی M چند است؟

هنگام واکنش سدیم یا پتاسیم با اکسیژن چه محصولاتی تشکیل می شود؟ (پراکسید)، آیا لیتیوم در واکنش با اکسیژن قادر به تولید پراکسید است؟ (خیر، این واکنش اکسید لیتیوم تولید می کند.)

اکسیدهای سدیم و پتاسیم چگونه به دست می آیند؟ (کلسیناسیون پراکسیدها با Me, Pr: 2Na+Na 2 O 2 =2Na 2 O ) مربوطه.

آیا فلزات قلیایی و قلیایی خاکی حالت اکسیداسیون منفی از خود نشان می دهند؟ (نه، این کار را نمی کنند، زیرا آنها عوامل کاهش دهنده قوی هستند.).

شعاع یک اتم در زیرگروه های اصلی (از بالا به پایین) سیستم تناوبی چگونه تغییر می کند؟ (افزایش می یابد) دلیل این امر چیست؟ (با افزایش تعداد سطوح انرژی).

کدام یک از گروه فلزات مورد مطالعه ما سبکتر از آب است؟ (به صورت قلیایی).

تحت چه شرایطی تشکیل هیدریدها در فلزات قلیایی خاکی رخ می دهد؟ (در دمای بالا).

کدام ماده کلسیم یا منیزیم با آب واکنش فعال تری دارد؟ (کلسیم فعال تر واکنش می دهد. منیزیم تنها زمانی با آب واکنش فعال می دهد که تا دمای 100 درجه سانتیگراد گرم شود).

چگونه حلالیت هیدروکسیدهای فلزات قلیایی خاکی در آب در سری از کلسیم به باریم تغییر می کند؟ (حلالیت در آب افزایش می یابد).

از ویژگی های ذخیره سازی فلزات قلیایی و قلیایی خاکی بگویید، چرا به این شکل ذخیره می شوند؟ (از آنجایی که این فلزات بسیار واکنش پذیر هستند، در یک ظرف زیر لایه ای از نفت سفید ذخیره می شوند).

کار کنترلی روی موضوعات قلیایی و خاک قلیایی M:

خلاصه درس (مطالعه مطالب جدید):

معلم: سلام بچه ها، امروز ما به مطالعه زیر گروه IIIA می رویم. عناصر واقع در زیر گروه IIIA را فهرست کنید؟

کارآموزان: این شامل عناصری مانند بور، آلومینیوم، گالیم، ایندیم و تالیم است.

معلم: در سطح انرژی بیرونی خود، حالت اکسیداسیون، چند الکترون دارند؟

کارآموزان: سه الکترون، حالت اکسیداسیون +3، اگرچه تالیم دارای حالت اکسیداسیون پایدارتر 1+ است.

معلم: خواص فلزی عناصر زیرگروه بور بسیار کمتر از عناصر زیرگروه بریلیوم مشخص است. بور یک غیر M است. در آینده، در زیر گروه، با افزایش بار هسته ای M، ویژگی ها افزایش می یابد. ولیل- در حال حاضر M، اما معمولی نیست. هیدروکسید آن خاصیت آمفوتریک دارد.

از میان M زیرگروه اصلی گروه III، آلومینیوم بیشترین اهمیت را دارد که خواص آن را به تفصیل بررسی خواهیم کرد. برای ما جالب است زیرا یک عنصر انتقالی است.

تعریف

آلومینیومواقع در دوره سوم، گروه III از زیر گروه اصلی (A) جدول تناوبی. این اولین عنصر p از دوره سوم است.

فلز. نامگذاری - ال. عدد ترتیبی - 13. جرم اتمی نسبی - 26.981 a.m.u.

ساختار الکترونیکی اتم آلومینیوم

اتم آلومینیوم از یک هسته با بار مثبت (+13) تشکیل شده است که در داخل آن 13 پروتون و 14 نوترون وجود دارد. هسته توسط سه پوسته احاطه شده است که در امتداد آنها 13 الکترون حرکت می کنند.

برنج. 1. نمایش شماتیک ساختار اتم آلومینیوم.

توزیع الکترون ها در اوربیتال ها به شرح زیر است:

13Al) 2) 8) 3 ;

1س 2 2س 2 2پ 6 3س 2 3پ 1 .

سه الکترون در سطح انرژی بیرونی آلومینیوم وجود دارد که همه الکترون‌های زیرسطح سوم هستند. نمودار انرژی به شکل زیر است:

از نظر تئوری، یک حالت برانگیخته برای یک اتم آلومینیوم به دلیل وجود یک 3 خالی امکان پذیر است. د-اوربیتال ها با این حال، تحلیل رفتن الکترون 3 س- سطح فرعی در واقع رخ نمی دهد.

نمونه هایی از حل مسئله

مثال 1

عنصر شیمیایی گروه III سیستم تناوبی مندلیف.

نام لاتین- آلومینیوم.

تعیین- ال.

عدد اتمی — 13.

جرم اتمی — 26,98154.

تراکم- 2.6989 گرم بر سانتی متر 3.

دمای ذوب- 660 درجه سانتیگراد.

فلز ساده، سبک و پارامغناطیس به رنگ خاکستری روشن یا سفید نقره ای. دارای هدایت حرارتی و الکتریکی بالا، مقاومت در برابر خوردگی است. پراکندگی در پوسته زمین - 8.8 درصد وزنی - رایج ترین فلز و سومین عنصر شیمیایی رایج است.

این ماده به عنوان یک ماده ساختاری در ساخت ساختمان ها، هواپیما و کشتی سازی، برای ساخت محصولات رسانا در مهندسی برق، تجهیزات شیمیایی، کالاهای مصرفی، تولید فلزات دیگر با استفاده از آلومینوترمی، به عنوان جزء سوخت موشک جامد، پیروتکنیک استفاده می شود. ترکیبات و موارد مشابه

آلومینیوم فلزی اولین بار توسط هانس کریستین اورستد، فیزیکدان دانمارکی به دست آمد.

در طبیعت، به طور انحصاری به شکل ترکیبات وجود دارد، زیرا دارای فعالیت شیمیایی بالایی است. یک پیوند شیمیایی قوی با اکسیژن ایجاد می کند. به دلیل واکنش پذیری، بدست آوردن فلز از سنگ معدن بسیار مشکل است. اکنون از روش هال-هروولت استفاده می شود که نیاز به برق زیادی دارد.

آلومینیوم تقریباً با تمام فلزات آلیاژهایی تشکیل می دهد. معروف ترین آنها دورالیمیوم (آلیاژی با مس و منیزیم) و سیلومین (آلیاژی با سیلیکون) هستند. در شرایط عادی، آلومینیوم با یک فیلم اکسید قوی پوشیده شده است، بنابراین با عوامل اکسید کننده کلاسیک آب (H2O)، اکسیژن (O2) و اسید نیتریک (HNO3) واکنش نمی دهد. با توجه به این، عملا در معرض خوردگی نیست، که تقاضای آن را در صنعت تضمین می کند.

این نام از کلمه لاتین "alumen" گرفته شده است که به معنای "زاج" است.

استفاده از آلومینیوم در پزشکی

طب سنتی

نقش آلومینیوم در بدنه به طور کامل شناخته نشده است. مشخص است که وجود آن باعث تحریک رشد بافت استخوانی، توسعه اپیتلیوم و بافت های همبند می شود. تحت تأثیر آن، فعالیت آنزیم های گوارشی افزایش می یابد. آلومینیوم با فرآیندهای بازیابی و بازسازی بدن مرتبط است.

آلومینیوم یک عنصر سمی برای ایمنی انسان در نظر گرفته می شود، اما با این وجود، بخشی از سلول ها است. در عین حال، به شکل یون های دارای بار مثبت (Al3 +) است که بر غدد پاراتیروئید تأثیر می گذارد. انواع مختلف سلول ها حاوی مقادیر متفاوتی آلومینیوم هستند، اما به طور قطع مشخص است که سلول های کبد، مغز و استخوان ها آن را سریعتر از سایرین انباشته می کنند.

داروهای دارای آلومینیوم دارای اثرات ضد درد و پوششی، اثرات ضد اسید و جاذب هستند. مورد دوم به این معنی است که هنگام تعامل با اسید هیدروکلریک، داروها می توانند اسیدیته آب معده را کاهش دهند. آلومینیوم همچنین برای استفاده خارجی تجویز می شود: در درمان زخم ها، زخم های تغذیه ای، ورم ملتحمه حاد.

سمیت آلومینیوم در جایگزینی آن با منیزیم در مراکز فعال تعدادی از آنزیم ها آشکار می شود. رابطه رقابتی آن با فسفر، کلسیم و آهن نیز نقش دارد.

با کمبود آلومینیوم، ضعف در اندام ها مشاهده می شود. اما چنین پدیده ای در دنیای مدرن تقریبا غیرممکن است، زیرا این فلز با آب، غذا و از طریق هوای آلوده می آید.

با وجود مقدار زیاد آلومینیوم در بدن، تغییرات در ریه ها، تشنج، کم خونی، بی نظمی در فضا، بی تفاوتی و از دست دادن حافظه آغاز می شود.

آیورودا

آلومینیوم سمی در نظر گرفته می شود و بنابراین نباید برای درمان استفاده شود. همانطور که برای تهیه جوشانده یا نگهداری گیاهان نباید از ظروف آلومینیومی استفاده کنید.

استفاده از آلومینیوم در جادو

به دلیل سختی به دست آوردن عنصر خالص، فلز در جادو به همراه آن به کار می رفت، از آن جواهرات نیز ساخته می شد. هنگامی که فرآیند به دست آوردن ساده شد، مد برای صنایع دستی آلومینیوم بلافاصله گذشت.

جادوی محافظ

فقط از فویل آلومینیومی استفاده می شود که خاصیت غربالگری جریان انرژی را دارد و از پخش شدن آنها جلوگیری می کند. بنابراین، به عنوان یک قاعده، اجسامی در آن پیچیده می شوند که می توانند انرژی منفی را در اطراف خود پخش کنند. اغلب هدایای جادویی مشکوک در فویل پیچیده می شوند - گرز، ماسک، خنجر، به ویژه آنهایی که از آفریقا یا مصر آورده شده اند.

آنها همین کار را با اشیاء ناشناخته پرتاب شده در حیاط یا زیر در انجام می دهند. بهتر است به جای اینکه آن را با دست یا از طریق پارچه بلند کنید، آن را با فویل بدون دست زدن به خود شی بپوشانید.

گاهی اوقات از فویل به عنوان یک صفحه محافظ برای طلسم ها و طلسم هایی استفاده می شود که در حال حاضر مورد نیاز نیستند، اما ممکن است در آینده مورد نیاز باشند.

آلومینیوم در طالع بینی

علامت زودیاک: برج جدی.

آلومینیومدر شکل خالص آن اولین بار توسط فردریش ولر جدا شد. یک شیمیدان آلمانی عنصر بی آب کلرید را با فلز پتاسیم گرم کرد. در نیمه دوم قرن 19 اتفاق افتاد. قبل از قرن بیستم کیلوگرم آلومینیومهزینه بیشتر

فقط ثروتمندان و دولت می توانستند فلز جدید را بخرند. دلیل گرانی، سختی جداسازی آلومینیوم از سایر مواد است. روش استخراج عنصر در مقیاس صنعتی توسط چارلز هال پیشنهاد شد.

در سال 1886، او اکسید را در مذاب کرایولیت حل کرد. آلمانی مخلوط را در ظرف گرانیتی محصور کرد و جریان الکتریکی را به آن وصل کرد. پلاک هایی از فلز خالص در کف ظرف نشست.

خواص شیمیایی و فیزیکی آلومینیوم

چه آلومینیومی؟نقره ای سفید، براق. بنابراین، فردریش ویلر گرانول های فلزی را که دریافت کرده بود مقایسه کرد. اما، یک هشدار وجود داشت - آلومینیوم بسیار سبک تر است.

پلاستیسیته نزدیک به گرانبها و. آلومینیوم یک ماده است، بدون مشکل کشش به سیم و ورق نازک. برای یادآوری فویل کافی است. این بر اساس عنصر 13 ساخته شده است.

آلومینیوم به دلیل چگالی کم سبک است. سه برابر کمتر از آهن است. در عین حال ، عنصر 13 تقریباً از نظر قدرت پایین نیست.

این ترکیب باعث شده است که فلز نقره در صنعت به عنوان مثال تولید قطعات خودرو ضروری باشد. ما در مورد تولید صنایع دستی صحبت می کنیم، زیرا جوشکاری آلومینیومحتی در خانه امکان پذیر است

فرمول آلومینیومبه شما اجازه می دهد تا به طور فعال نور، و همچنین پرتوهای گرما را منعکس کنید. رسانایی الکتریکی عنصر نیز بالا است. نکته اصلی این است که آن را بیش از حد گرم نکنید. در دمای 660 درجه ذوب می شود. دما را کمی بالاتر ببرید - می سوزد.

فقط فلز ناپدید می شود اکسید آلومینیوم. همچنین در شرایط استاندارد، اما فقط به شکل یک فیلم سطحی تشکیل می شود. از فلز محافظت می کند. بنابراین به خوبی در برابر خوردگی مقاومت می کند، زیرا دسترسی اکسیژن مسدود شده است.

فیلم اکسید همچنین از فلز در برابر آب محافظت می کند. اگر پلاک از سطح آلومینیوم جدا شود، واکنش با H 2 O شروع می شود، گازهای هیدروژن حتی در دمای اتاق آزاد می شوند. به طوری که، قایق آلومینیومیتنها به دلیل لایه اکسیدی و رنگ محافظ اعمال شده روی بدنه کشتی به دود تبدیل نمی شود.

فعال ترین تعامل آلومینیومبا نافلزات واکنش با برم و کلر حتی در شرایط عادی ادامه دارد. در نتیجه تشکیل می شوند نمک های آلومینیوم. نمک های هیدروژن از ترکیب عنصر سیزدهم با محلول های اسیدی به دست می آیند. این واکنش با قلیاها نیز انجام می شود، اما تنها پس از حذف فیلم اکسید. هیدروژن خالص آزاد خواهد شد.

کاربرد آلومینیوم

فلز روی آینه ها پاشیده می شود. بازتاب نور خوب این فرآیند در شرایط خلاء انجام می شود. آنها نه تنها آینه های استاندارد، بلکه اشیایی با سطوح آینه می سازند. اینها عبارتند از: کاشی و سرامیک، لوازم خانگی، لامپ.

دوئت آلومینیوم-مس- پایه دورالومین به سادگی Dural نامیده می شود. همانطور که اضافه شد. این ترکیب 7 برابر قوی تر از آلومینیوم خالص است، بنابراین برای رشته مهندسی مکانیک و طراحی هواپیما مناسب است.

مس به عنصر سیزدهم قدرت می دهد، اما سنگینی نمی کند. Dural 3 برابر سبک تر از آهن باقی می ماند. کم اهمیت جرم آلومینیوم- تعهد سبکی اتومبیل ها، هواپیماها، کشتی ها. این امر حمل و نقل، عملیات را ساده می کند، قیمت محصولات را کاهش می دهد.

آلومینیوم بخریدخودروسازان نیز تلاش می کنند زیرا ترکیبات محافظ و تزئینی به راحتی روی آلیاژهای آن اعمال می شود. رنگ سریعتر و یکنواختتر از فولاد، پلاستیک می نشیند.

در عین حال، آلیاژها چکش خوار هستند و پردازش آنها آسان است. با توجه به انبوه خم‌ها و انتقال‌های سازنده در مدل‌های خودروهای مدرن، این ارزشمند است.

عنصر سیزدهم نه تنها رنگ آمیزی آسان دارد، بلکه می تواند خود به عنوان رنگ نیز عمل کند. در صنعت نساجی خریداری شده است سولفات آلومینیوم. همچنین در چاپ، جایی که رنگدانه های نامحلول مورد نیاز است، مفید است.

جالبه که راه حلسولفات آلومینیومهمچنین برای تصفیه آب استفاده می شود. در حضور یک "عامل" ناخالصی های مضر رسوب کرده و خنثی می شوند.

عنصر سیزدهم و اسیدها را خنثی می کند. او به ویژه در این نقش مهارت دارد. هیدروکسید آلومینیوم. در فارماکولوژی، پزشکی، افزودن به داروهای سوزش سر دل ارزش دارد.

هیدروکسید همچنین برای زخم ها، فرآیندهای التهابی دستگاه روده تجویز می شود. بنابراین یک داروی داروخانه نیز وجود دارد آلومینیوم اسیددر معده - دلیلی برای یادگیری بیشتر در مورد چنین داروهایی.

در اتحاد جماهیر شوروی، برنزهایی با 11 درصد افزودن آلومینیوم نیز ضرب شد. ارزش علائم 1، 2 و 5 کوپک است. آنها در سال 1926 شروع به تولید کردند، در سال 1957 به پایان رسید. اما تولید قوطی های آلومینیومی برای کنسرو متوقف نشده است.

گوشت خورش، سوری و سایر صبحانه های گردشگران همچنان در ظروف بر اساس عنصر سیزدهم بسته بندی می شود. چنین قوطی هایی با غذا واکنش نشان نمی دهند، در حالی که سبک و ارزان هستند.

پودر آلومینیوم بخشی از بسیاری از مخلوط‌های انفجاری از جمله مواد آتش‌زا است. در صنعت از مکانیسم های برانداز بر پایه تری نیتروتولوئن و عنصر خرد شده 13 استفاده می شود. یک ماده منفجره قوی نیز با افزودن نیترات آمونیوم به آلومینیوم به دست می آید.

صنعت نفت نیاز دارد کلرید آلومینیوم. نقش یک کاتالیزور را در تجزیه مواد آلی به کسری ایفا می کند. نفت این توانایی را دارد که هیدروکربن های گازی و سبک از نوع بنزین را آزاد کند که با کلرید فلز سیزدهم در تعامل است. معرف باید بدون آب باشد. پس از افزودن کلرید، مخلوط تا 280 درجه سانتیگراد گرم می شود.

در ساخت و ساز، من اغلب مخلوط می کنم سدیمو آلومینیوم. به نظر می رسد یک افزودنی به بتن است. آلومینات سدیم با تسریع هیدراتاسیون سخت شدن آن را تسریع می کند.

سرعت میکروکریستالیزاسیون افزایش می یابد، به این معنی که مقاومت و سختی بتن افزایش می یابد. علاوه بر این، آلومینات سدیم اتصالات قرار داده شده در محلول را از خوردگی نجات می دهد.

استخراج آلومینیوم

فلز سه مورد از رایج ترین روی زمین را می بندد. این در دسترس بودن و کاربرد گسترده آن را توضیح می دهد. اما طبیعت عنصر را به صورت خالص به انسان نمی دهد. آلومینیوم باید از ترکیبات مختلف جدا شود. بیشتر عنصر سیزدهم در بوکسیت ها است. اینها سنگهای رس مانند هستند که عمدتاً در منطقه گرمسیری متمرکز شده اند.

بوکسیت خرد می شود، سپس خشک می شود، دوباره خرد می شود و در حضور حجم کمی آب آسیاب می شود. یک توده ضخیم به نظر می رسد. با بخار گرم می شود. در عین حال، بیشتر آنها که بوکسیت نیز ضعیف نیستند تبخیر می شوند. اکسید سیزدهمین فلز باقی می ماند.

در حمام های صنعتی قرار می گیرد. آنها قبلاً حاوی کرایولیت مذاب هستند. دما در حدود 950 درجه سانتیگراد حفظ می شود. ما همچنین به یک جریان الکتریکی با توان حداقل 400 کیلو آمپر نیاز داریم. یعنی از الکترولیز استفاده می شود، درست مانند 200 سال پیش که این عنصر توسط چارلز هال جدا شد.

جریان با عبور از محلول داغ، پیوندهای بین فلز و اکسیژن را می شکند. در نتیجه، در پایین حمام تمیز باقی می ماند آلومینیوم واکنش هاتمام شده. این فرآیند با ریخته‌گری از رسوبات و ارسال آن به مصرف‌کننده، یا استفاده از آنها برای تشکیل آلیاژهای مختلف تکمیل می‌شود.

تولید اصلی آلومینیوم در همان محل ذخایر بوکسیت قرار دارد. در خط مقدم گینه است. تقریباً 8000000 تن از عنصر سیزدهم در روده های آن پنهان شده است. استرالیا با شاخص 6000000 در جایگاه دوم قرار دارد.در برزیل آلومینیوم در حال حاضر 2 برابر کمتر است. ذخایر جهانی 29000000 تن برآورد شده است.

قیمت آلومینیوم

برای یک تن آلومینیوم تقریباً 1500 دلار آمریکا می خواهند. این داده‌های مبادلات فلزات رنگین در تاریخ 20 ژانویه 2016 است. هزینه ها عمدتاً توسط صنعتگران تعیین می شود. به طور دقیق تر، قیمت آلومینیوم تحت تأثیر تقاضای آنها برای مواد اولیه است. این بر درخواست های تامین کنندگان و هزینه برق تأثیر می گذارد، زیرا تولید عنصر سیزدهم انرژی بر است.

سایر قیمت ها برای آلومینیوم تعیین شده است. او به سمت ذوب می رود. هزینه هر کیلوگرم اعلام می شود و ماهیت مواد تحویلی مهم است.

بنابراین، برای فلز الکتریکی حدود 70 روبل می دهند. برای آلومینیوم درجه مواد غذایی، می توانید 5-10 روبل کمتر دریافت کنید. برای فلز موتور هم همینطور پرداخت می شود. اگر یک نوع مخلوط اجاره شود، قیمت آن 50-55 روبل در هر کیلوگرم است.

ارزان ترین نوع ضایعات براده های آلومینیومی است. زیرا موفق به کسب تنها 15-20 روبل می شود. کمی بیشتر برای عنصر سیزدهم داده خواهد شد. این به ظروف نوشیدنی، مواد غذایی کنسرو شده اشاره دارد.

رادیاتورهای آلومینیومی نیز دست کم گرفته می شوند. قیمت هر کیلوگرم قراضه حدود 30 روبل است. این ارقام متوسط ​​هستند. در مناطق مختلف، در نقاط مختلف، آلومینیوم گرانتر یا ارزانتر پذیرفته می شود. اغلب هزینه مواد به حجم تحویل بستگی دارد.

ویژگی آلومینیوم

صنعت کیفیت فلز آلومینیوم

آلومینیوم رایج ترین فلز در پوسته زمین است. محتوای آن 7.45٪ (بیشتر از آهن است که فقط 4.2٪) تخمین زده می شود. آلومینیوم به عنوان یک عنصر اخیراً در سال 1825 کشف شد که اولین توده های کوچک این فلز به دست آمد. آغاز توسعه صنعتی آن به اواخر قرن گذشته برمی گردد. انگیزه این امر توسعه روشی برای تولید آن با الکترولیز آلومینا حل شده در کرایولیت در سال 1886 بود. اصل روش زیربنای استخراج صنعتی مدرن آلومینیوم از آلومینا در تمام کشورهای جهان است.

در ظاهر، آلومینیوم یک فلز براق و سفید نقره ای است. در هوا، به سرعت اکسید می شود و با یک لایه نازک سفید مات از AlO پوشیده می شود. این فیلم دارای خواص حفاظتی بالایی است، بنابراین با پوشانده شدن با چنین فیلمی، آلومینیوم در برابر خوردگی مقاوم است.

آلومینیوم به راحتی توسط محلول های قلیایی سوزاننده، اسیدهای هیدروکلریک و سولفوریک از بین می رود. در اسید نیتریک غلیظ و اسیدهای آلی از مقاومت بالایی برخوردار است.

بارزترین خواص فیزیکی آلومینیوم چگالی نسبی کم آن 2.7 و همچنین هدایت حرارتی و الکتریکی نسبتاً بالا است. در دمای 0 درجه سانتیگراد، هدایت الکتریکی آلومینیوم، یعنی. رسانایی الکتریکی یک سیم آلومینیومی با مقطع 1 میلی متر و طول 1 متر 37 1 اهم است.

مقاومت در برابر خوردگی و به خصوص رسانایی الکتریکی آلومینیوم هر چه بیشتر باشد، هر چه خالص تر باشد، ناخالصی های آن کمتر است.

نقطه ذوب آلومینیوم کم است، تقریباً 660 درجه سانتیگراد است. با این حال، گرمای نهان همجوشی آن بسیار زیاد است - حدود 100 کالری گرم، بنابراین، مقدار زیادی گرما برای ذوب آلومینیوم مورد نیاز است تا ذوب همان مقدار، به عنوان مثال، مس نسوز، که دارای نقطه ذوب 1083 درجه سانتیگراد است. گرمای نهان همجوشی 43 کالری گرم.

ویژگی های مکانیکی آلومینیوم با شکل پذیری بالا و استحکام کم مشخص می شود. آلومینیوم نورد شده و آنیل شده = 10 کیلوگرم میلی متر و سختی HB25، = 80٪ و = 35٪ است.

شبکه کریستالی آلومینیوم یک مکعب رو به مرکز با پارامتر (اندازه جانبی) 4.04 در دمای 20 درجه سانتیگراد است. آلومینیوم هیچ تبدیل آلوتروپیک ندارد.

در طبیعت، آلومینیوم به شکل سنگ معدن آلومینیوم یافت می شود: بوکسیت ها، نفلین ها، آلونیت ها و کائولن ها. مهمترین سنگ معدنی که بیشتر صنعت آلومینیوم جهان بر آن استوار است، بوکسیت است.

به دست آوردن آلومینیوم از سنگ معدن شامل دو مرحله متوالی است - ابتدا آلومینا (AlO) تولید می شود و سپس آلومینیوم از آن به دست می آید.

روش های شناخته شده در حال حاضر برای تولید آلومینا را می توان به سه گروه قلیایی، اسیدی و الکتروترمال تقسیم کرد. روش های قلیایی بیشترین استفاده را دارند.

در برخی از انواع روش‌های قلیایی، بوکسیت که در دمای 1000 درجه سانتیگراد آبگیری می‌شود، در آسیاب‌های گلوله‌ای آسیاب می‌شود، به نسبت‌های معینی با گچ و سودا مخلوط می‌شود و برای بدست آوردن یک آلومینات سدیم جامد محلول در آب در اثر واکنش، تف جوشی می‌شود.

AlO + NaCO = AlO NaO + CO

توده پخته شده خرد شده و با آب شسته می شود، در حالی که آلومینات سدیم به محلول می رود.

در انواع دیگر روش قلیایی، آلومینا موجود در بوکسیت با تصفیه مستقیم سنگ معدن با مواد قلیایی به آلومینات سدیم متصل می شود. در این حالت بلافاصله محلولی از آلومینات در آب به دست می آید.

در هر دو مورد، تشکیل محلول آبی آلومینات سدیم منجر به جدا شدن آن از اجزای نامحلول سنگ معدن می شود که عمدتاً اکسیدها و هیدروکسیدهای سیلیکون، آهن و تیتانیوم هستند. جداسازی محلول از رسوب نامحلول به نام گل قرمز در مخازن ته نشینی انجام می شود.

آهک در دمای 125 درجه سانتیگراد و فشار 5 صبح به محلول حاصل اضافه می شود که منجر به سیلیکون زدایی می شود - CaSiO رسوب می کند و لجن سفید را تشکیل می دهد. محلول خالص شده از سیلیکون، پس از جداسازی آن از گل سفید، با دی اکسید کربن در دمای 60-80 درجه سانتیگراد تصفیه می شود، در نتیجه هیدرات اکسید آلومینیوم کریستالی رسوب می کند:

AlONaO + 3H2O + CO = 2Al(OH) + NaCO.

شسته، خشک و کلسینه می شود. کلسیناسیون منجر به تشکیل آلومینا می شود:

2Al(OH) = AlO + 3H2O.

روش توصیف شده استخراج نسبتاً کامل آلومینا از بوکسیت را فراهم می کند - حدود 80٪.

به دست آوردن آلومینیوم فلزی از آلومینا شامل تجزیه الکترولیتی آن به اجزای تشکیل دهنده آن - به آلومینیوم و اکسیژن است. الکترولیت در این فرآیند محلولی از آلومینا در کرایولیت (AlF 3NaF) است. کرایولیت با داشتن قابلیت انحلال آلومینا، به طور همزمان نقطه ذوب آن را کاهش می دهد. آلومینا در دمای حدود 2000 درجه سانتیگراد ذوب می شود و نقطه ذوب محلولی که مثلاً از 85 درصد کرایولیت و 15 درصد آلومینا تشکیل شده است 935 درجه سانتیگراد است.

طرح الکترولیز آلومینا بسیار ساده است، اما از نظر تکنولوژیکی این فرآیند پیچیده است و به مقادیر زیادی الکتریسیته نیاز دارد.

در قسمت پایین حمام با عایق حرارتی خوب 1 و پکینگ کربن 2، تایرهای کاتدی 3 قرار می گیرند که به قطب منفی منبع جریان الکتریکی متصل هستند. الکترودهای 5 به گذرگاه آند 4 متصل می شوند. قبل از شروع الکترولیز، یک لایه نازک کک در کف حمام ریخته می شود، الکترودها تا زمانی که با آن تماس پیدا کنند پایین می آیند و جریان روشن می شود. هنگامی که بسته بندی کربن گرم می شود، کرایولیت به تدریج وارد می شود. هنگامی که ضخامت لایه کرایولیت مذاب 200-300 میلی متر است، آلومینا به میزان 15 درصد به مقدار کرایولیت بارگذاری می شود. این فرآیند در دمای 950-1000 درجه سانتیگراد انجام می شود.

آلومینا تحت تأثیر جریان الکتریکی، آلومینیوم و اکسیژن را تجزیه می کند. آلومینیوم مایع 6 در کف زغال سنگ (کف حمام زغال سنگ) که کاتد است، جمع می شود و اکسیژن با کربن آندها ترکیب می شود و به تدریج آنها را می سوزاند. کرایولیت به میزان ناچیزی مصرف می شود. آلومینا به صورت دوره ای اضافه می شود، الکترودها به تدریج پایین می آیند تا قسمت سوخته جبران شود و آلومینیوم مایع انباشته شده در فواصل زمانی معین در ملاقه 8 رها می شود.

در طول الکترولیز، حدود 2 تن آلومینا، 0.6 تن الکترود کربن به عنوان آند، 0.1 تن کرایولیت و از 17000 تا 18000 کیلووات ساعت برق به ازای هر 1 تن آلومینیوم مصرف می شود.

آلومینیوم خام به دست آمده از الکترولیز آلومینا حاوی ناخالصی های فلزی (آهن، سیلیکون، تیتانیوم و سدیم)، گازهای محلول که اصلی ترین آنها هیدروژن است و اجزای غیرفلزی که ذرات آلومینا، زغال سنگ و کرایولیت هستند، می باشد. در این حالت، برای استفاده نامناسب است، زیرا خواص کمی دارد، بنابراین باید تصفیه شود. ناخالصی های غیر فلزی و گازی با ذوب مجدد و پاکسازی فلز با کلر حذف می شوند. ناخالصی های فلزی را فقط می توان با روش های پیچیده الکترولیتی حذف کرد.

پس از پالایش، درجات تجاری آلومینیوم به دست می آید.

خلوص آلومینیوم یک شاخص تعیین کننده است که بر تمام خواص آن تأثیر می گذارد، بنابراین ترکیب شیمیایی اساس طبقه بندی آلومینیوم است.

آهن و سیلیکون ناخالصی های اجتناب ناپذیر تولید آلومینیوم هستند. هر دوی آنها در آلومینیوم مضر هستند. آهن در آلومینیوم حل نمی شود، اما ترکیبات شیمیایی شکننده FeAl و Fe2Al را با آن تشکیل می دهد. آلومینیوم یک مخلوط مکانیکی یوتکتیک با سیلیکون در 11.7٪ Si تشکیل می دهد. از آنجایی که حلالیت سیلیکون در دمای اتاق بسیار کم است (0.05%)، حتی با مقدار کمی سیلیکون، یوتکتیک Fe + Si و کریستال های سیلیکون شکننده بسیار سخت (HB 800) را تشکیل می دهد که شکل پذیری آلومینیوم را کاهش می دهد. . با حضور مشترک سیلیکون و آهن، یک ترکیب شیمیایی سه تایی و یک یوتکتیک سه تایی تشکیل می شود که باعث کاهش انعطاف پذیری نیز می شود.

ناخالصی های کنترل شده در آلومینیوم عبارتند از آهن، سیلیکون، مس و تیتانیوم.

آلومینیوم همه گریدها حاوی بیش از 99 درصد آل است. مازاد کمی این مقدار در صدم یا دهم درصد در نام تجاری بعد از حرف اول A نشان داده شده است. یک استثنا برای این اصل علامت گذاری، گرید A AE است که در آن محتوای آلومینیوم مانند گریدهای A0 و A5 است، اما نسبت متفاوتی از ناخالصی های آهن و سیلیکون موجود در ترکیب است.

حرف E در برند AE به این معنی است که آلومینیوم این برند برای تولید سیم برق در نظر گرفته شده است. یک نیاز اضافی برای خواص آلومینیوم مقاومت الکتریکی کم است که برای سیم ساخته شده از آن نباید بیش از 0.0280 اهم میلی متر متر در 20 درجه سانتیگراد باشد.

از آلومینیوم برای تولید محصولات و آلیاژهای مبتنی بر آن استفاده می شود که خواص آن به درجه خلوص بالایی نیاز دارد.

بسته به هدف، آلومینیوم را می توان به اشکال مختلف تولید کرد. آلومینیوم از تمام درجه ها (خلوص بالا و فنی) که برای ذوب مجدد در نظر گرفته شده است، به شکل شمش هایی با وزن 5 ریخته می شود. 15 و 1000 کیلوگرم مقادیر حد آنها به شرح زیر است: ارتفاع از 60 تا 600 میلی متر، عرض از 93 تا 800 میلی متر و طول از 415 تا 1000 میلی متر.

اگر آلومینیوم برای نورد ورق و نوار در نظر گرفته شده باشد، شمش های مسطح هفده اندازه به روش پیوسته یا نیمه پیوسته ریخته می شوند. ضخامت آنها از 140 تا 400 میلی متر، عرض - از 560 تا 2025 میلی متر، و وزن 1 متر طول شمش - از 210 تا 2190 کیلوگرم متغیر است. طول شمش با مشتری توافق می شود.

نوع اصلی کنترل آلومینیوم، چه در شمش و چه در شمش تخت، تایید ترکیب شیمیایی و مطابقت آن با مارک تجاری است. شمش ها و شمش های در نظر گرفته شده برای تصفیه تحت فشار مشمول الزامات اضافی مانند عدم وجود پوسته، حباب گاز، ترک، سرباره و سایر اجزاء خارجی هستند.

برای اکسید زدایی فولاد در حین ذوب آن، همچنین برای تولید فروآلیاژها و برای آلومینوترمی، می توان از آلومینیوم ارزان تر با خلوص پایین تر از آنچه در جدول "خلوص آلومینیوم با درجه های مختلف" نشان داده شده است استفاده کرد. برای این منظور، صنعت شش گرید آلومینیوم در شمش‌هایی با وزن 3 تا 16.5 کیلوگرم حاوی 98.0 تا 87.0 درصد آلومینیم تولید می‌کند. در آنها میزان آهن به 2.5 درصد و سیلیکون و مس هر کدام به 5 درصد می رسد.

استفاده از آلومینیوم به دلیل ویژگی های خاص آن است. ترکیب سبکی با رسانایی الکتریکی به اندازه کافی بالا، استفاده از آلومینیوم را به عنوان رسانای جریان الکتریکی ممکن می کند و آن را با مس گران تر جایگزین می کند. تفاوت در هدایت الکتریکی مس (631 اهم) و آلومینیوم (371 اهم) با افزایش سطح مقطع سیم آلومینیومی جبران می شود. جرم کوچک سیم های آلومینیومی این امکان را فراهم می کند تا تعلیق آنها را با فاصله بسیار بیشتر از سیم های مسی بدون ترس از شکستن سیم تحت تأثیر وزن خود انجام دهید. کابل، لاستیک، خازن، یکسو کننده نیز از آن ساخته می شود. مقاومت بالای آلومینیوم در برابر خوردگی آن را در برخی موارد به یک ماده ضروری در مهندسی شیمی تبدیل می کند، به عنوان مثال، برای ساخت تجهیزات مورد استفاده در تولید، ذخیره سازی و حمل و نقل اسید نیتریک و مشتقات آن.

همچنین در صنایع غذایی بسیار مورد استفاده قرار می گیرد - انواع ظروف برای پخت و پز از آن ساخته می شود. در این مورد نه تنها از مقاومت آن در برابر اسیدهای آلی استفاده می شود، بلکه از رسانایی حرارتی بالای آن نیز استفاده می شود.

انعطاف پذیری بالا به آلومینیوم اجازه می دهد تا به صورت فویل در بیاید، که اکنون به طور کامل جایگزین فویل قلع گران قیمتی شده است که قبلاً استفاده می شد. فویل به عنوان بسته بندی برای طیف گسترده ای از محصولات غذایی مانند چای، شکلات، تنباکو، پنیر و غیره عمل می کند.

آلومینیوم به همان روشی که برای پوشش ضد خوردگی سایر فلزات و آلیاژها استفاده می شود. می توان آن را با روکش، آبکاری انتشار و روش های دیگر از جمله رنگ آمیزی آلومینیوم با رنگ و لاک اعمال کرد. روکش آلومینیومی محصولات نورد تخت ساخته شده از آلیاژهای آلومینیومی با مقاومت کمتر در برابر خوردگی بسیار گسترده است.

فعالیت شیمیایی آلومینیوم نسبت به اکسیژن برای اکسید زدایی در تولید فولاد نیمه آرام و آرام و برای تولید فلزات سخت بازیابی با جابجایی آلومینیوم از ترکیبات اکسیژن آنها استفاده می شود.

آلومینیوم به عنوان یک عنصر آلیاژی در فولادها و آلیاژهای مختلف استفاده می شود. خواص خاصی به آنها می دهد. به عنوان مثال، مقاومت حرارتی آلیاژهای مبتنی بر آهن، مس، تیتانیوم و برخی فلزات دیگر را افزایش می دهد.

می توان زمینه های دیگری از کاربرد آلومینیوم با درجه خلوص متفاوت را نام برد، اما بیشترین مقدار آن صرف به دست آوردن آلیاژهای سبک مختلف بر اساس آن می شود. جزئیات اصلی در زیر آورده شده است.

به طور کلی استفاده از آلومینیوم در بخش های مختلف اقتصاد با استفاده از نمونه کشورهای توسعه یافته سرمایه داری با ارقام زیر برآورد می شود: مهندسی حمل و نقل 20-23٪ (با احتساب صنعت خودرو 15٪)، ساخت و ساز 17-18٪. مهندسی برق 10-12 درصد، تولید مواد بسته بندی 9-10 درصد، تولید کالاهای بادوام مصرفی 9-10 درصد، مهندسی عمومی 8-10 درصد.

با وجود رقابت سایر مواد و به ویژه پلاستیک، آلومینیوم در حال یافتن زمینه های کاربردی جدیدتری است.

عمده ترین سنگ معدن های صنعتی حاوی آلومینیوم بوکسیت، نفلین، آلونیت و کائولین است.

کیفیت این سنگ‌ها با محتوای آلومینا Al O که حاوی 53 درصد Al است، ارزیابی می‌شود. از دیگر شاخص های کیفیت سنگ معدن آلومینیوم، مهم ترین آن ترکیب ناخالصی ها است که مضر بودن و مفید بودن آن با استفاده از سنگ معدن مشخص می شود.

بوکسیت بهترین و اصلی ترین ماده خام دنیا برای تولید آلومینیوم است. همچنین برای تولید کوراندوم مصنوعی، محصولات بسیار نسوز و برای اهداف دیگر استفاده می شود. با توجه به ترکیب شیمیایی، این سنگ رسوبی مخلوطی از هیدرات آلومینا AlO nH2O با اکسیدهای آهن، سیلیکون، تیتانیوم و عناصر دیگر است. رایج‌ترین هیدرات‌های آلومینا که بوکسیت‌ها را تشکیل می‌دهند، کانی‌های دیاسپور، بوهمیت و هیدرارژلیت هستند. محتوای آلومینا در بوکسیت، حتی در یک رسوب، در محدوده بسیار وسیعی از 35 تا 70 درصد متغیر است.

مواد معدنی موجود در ترکیب بوکسیت یک مخلوط بسیار رقیق را تشکیل می دهند که غنی سازی را دشوار می کند. در صنعت، سنگ معدن خام عمدتا استفاده می شود. فرآیند استخراج آلومینیوم از سنگ معدن پیچیده، بسیار انرژی بر و شامل دو مرحله است: ابتدا آلومینا استخراج می شود و سپس آلومینیوم از آن به دست می آید.

موضوع تجارت جهانی هم خود بوکسیت است و هم آلومینا استخراج شده از آن یا سایر کانه ها.

در قلمرو CIS، ذخایر بوکسیت به طور نابرابر توزیع شده است و بوکسیت از ذخایر مختلف از نظر کیفیت نابرابر است. ذخایر باکیفیت ترین بوکسیت ها در اورال قرار دارند. همچنین ذخایر بزرگ بوکسیت در بخش اروپایی کشورهای مستقل مشترک المنافع و در غرب قزاقستان وجود دارد.

از میان کشورهای صنعتی، اکنون تنها فرانسه عملاً فراهم شده است، جایی که توسعه آن برای اولین بار آغاز شد. ذخایر قابل اطمینان و احتمالی آن در این گروه از ایالت ها در سال 1975 حدود 4.8 میلیارد تن (شامل 4.6 میلیارد تن استرالیا) تخمین زده شد، در حالی که در کشورهای در حال توسعه 12.5 میلیارد تن، عمدتاً در آفریقا و آمریکای لاتین (غنی ترین آنها گینه، کامرون، برزیل، جامائیکا).

در طول دوره پس از جنگ، دایره کشورهایی که بوکسیت در آنها استخراج می شود و آلومینیوم اولیه تولید می شود، به شدت گسترش یافته است. در سال 1950، بوکسیت تنها در 11 کشور استخراج شد، بدون احتساب اتحاد جماهیر شوروی، از جمله سه مورد بیش از 1 میلیون تن (سورینام، گویان، ایالات متحده آمریکا) و چهار بیش از 0.1 میلیون تن (فرانسه، اندونزی، ایتالیا، غنا). تا سال 1977، حجم تولید 12 برابر شد و جغرافیای آن به طرز چشمگیری تغییر کرد (بیش از نیمی از تولیدات جهان سرمایه داری از کشورهای در حال توسعه بود).

برخلاف کشورهای در حال توسعه، استرالیا غنی از سوخت، بیشتر بوکسیت استخراج شده (عمدتا در شبه جزیره یورک، بزرگترین ذخایر بوکسیت در جهان) را به آلومینا تبدیل می کند و نقش تعیین کننده ای در صادرات جهانی آن ایفا می کند. کشورهای حوزه کارائیب و غرب آفریقا که نمونه ای برای او نیستند، عمدتا بوکسیت صادر می کنند. این هم دلایل سیاسی (انحصارهای جهانی آلومینیوم تولید آلومینا را در خارج از کشورهای تولیدکننده بوکسیت و وابسته ترجیح می‌دهند) و هم دلایل صرفاً اقتصادی را تحت تأثیر قرار می‌دهد: بوکسیت‌ها، بر خلاف سنگ معدن فلزات غیرآهنی سنگین، قابل حمل هستند (حاوی 35 تا 65 درصد دی اکسید آلومینیوم هستند. و تولید آلومینا مستلزم هزینه‌های خاص قابل توجهی است که اکثریت قریب به اتفاق کشورهای تولیدکننده بوکسیت آن را ندارند.

در تلاش برای مقاومت در برابر دیکته های انحصارات آلومینیوم در جهان، کشورهای صادر کننده بوکسیت در سال 1973 سازمان "انجمن بین المللی کشورهای معدن بوکسیت" (IABS) را ایجاد کردند. استرالیا، گینه، گویان، جامائیکا و یوگسلاوی را شامل می شد. بعدها جمهوری دومینیکن، هائیتی، غنا، سیرالئون، سورینام به آن پیوستند، در حالی که یونان و هند کشورهای ناظر شدند. در سال ایجاد، این ایالت ها تقریباً 85 درصد از استخراج بوکسیت در کشورهای غیرسوسیالیستی را به خود اختصاص دادند.

صنعت آلومینیوم با شکاف سرزمینی هم بین استخراج بوکسیت و تولید آلومینا و هم بین دومی و ذوب آلومینیوم اولیه مشخص می شود. بزرگترین تولید آلومینا (حداکثر 1-1.3 میلیون تن در سال) هم در کارخانه های آلومینیوم (مثلاً در کارخانه کانادایی در آرویدا در کبک که 0.4 میلیون تن آلومینیوم در سال از نظر ظرفیت تولید اشغال می کند) و هم در کارخانه های آلومینیوم بومی سازی شده است. در بنادر صادرکننده بوکسیت (به عنوان مثال، پارانام در سورینام)، و همچنین در مسیرهای بوکسیت از دوم به اول - به عنوان مثال، در ایالات متحده آمریکا در سواحل خلیج مکزیک (Corpus Christi، Point Comfort).

در کشور ما تمام بوکسیت های استخراج شده به ده درجه تقسیم می شوند. تفاوت اصلی بین بوکسیت‌های با گریدهای مختلف این است که حاوی مقادیر متفاوتی از جزء اصلی قابل استخراج یعنی آلومینا هستند و دارای مقادیر مدول سیلیکونی متفاوتی هستند. محتوای متفاوت آلومینا به محتوای ناخالصی های سیلیس مضر در بوکسیت ها (AlO SiO). مدول سیلیکون شاخص بسیار مهمی برای کیفیت بوکسیت ها است که کاربرد و فناوری پردازش آنها تا حد زیادی به آن بستگی دارد.

میزان رطوبت در بوکسیت‌های هر گرید بسته به رسوب آنها تعیین می‌شود: کمترین میزان رطوبت (بیش از 7٪) برای بوکسیت‌های نهشته‌های اورال جنوبی و برای نهشته‌های اورال شمالی، کامنسک-اورال و تیخوین به ترتیب ایجاد می‌شود. ، بیش از 12، 16 و 22٪ نیست. نشانگر رطوبت یک علامت رد نیست و فقط برای تسویه حساب با مصرف کننده کار می کند.

بوکسیت در قطعات بزرگتر از 500 میلی متر عرضه می شود. به صورت عمده روی سکوها یا در گوندولا حمل می شود.