Алюминий та її сплавы

[pic].

Реферат по химии.

АЛЮМІНІЙ ТА ЙОГО СПЛАВЫ.

Алюміній (Aluminium) — хімічний елемент третьої групи періодичної системи. Атомний номер 13, атомна маса 26,9815. Позначається латинськими літерами Al. Це сріблисто-білий метал, легкий (r = 2,7 г/см3), легкоплавкий (tпл = 660,4 °З), пластичний, легко витягується в дріт і фольгу. Електропровідність алюмінію досить висока, і поступається лише сріблу (Ag) і міді (Cu) (в 2,3 рази більше ніж в меди).

Алюміній перебуває практично скрізь на земній кулі оскільки його оксид (Al2O3) лежить в основі глинозему. Алюміній у природі є у з'єднаннях — його основні минералы:

. боксит — суміш мінералів діаспора, бемита AlOOH, гидраргиллита.

Al (OH)3 і оксидів інших металів — алюмінієва руда;

. алунит — (Na, K)2SO4 * Al2(SO4)3 * 4Al (OH)3 ;

. нефелин — (Na, K)2O * Al2O3 * 2SiO2 ;

. корунд — Al2O3 — прозорі кристаллы;

. польовий шпат (ортоклаз) — K2O * Al2O3 * 6SiO2 ;

. каолинит — Al2O3 * 2SiO2 * 2H2O — найважливіша зі складових частина глини та інші алюмосиликаты, що входять до склад глин.

І хоча утримання її в земної корі 8,8% (порівнювати, наприклад, заліза в земної корі 4,65% - вдвічі менше), а, по поширеності третім місцем після кисню (O) кремнію (Si) у вільному стані уперше був в отримано у 1825 року Х. До. Эрстедом.

Німецький хімік Ф. Вёлер в 1827 отримав алюміній при нагріванні хлориду алюмінію AlCl3 зі лужними металами калієм (K) і натрієм (Na) без доступу воздуха.

AlCl3 + 3K ® 3KCl + Al.

(Реакція протікає із тепла).

Для промислового застосування цей спосіб незастосовуваний за його економічну невигідність, тому розробили спосіб видобутку алюмінію з бокситів шляхом електролізу. Це дуже енергоємне виробництво, тому заводи, що виробляють алюміній, зазвичай, розташовуються неподалік електростанцій. [pic] Це дуже енергоємне виробництво, тому заводи, що виробляють алюміній, зазвичай, розташовуються неподалік электростанций.

Алюміній відрізняється також своєї хімічної активністю. Порошкоподібний алюміній енергійно згоряє надворі. Якщо поверхню алюмінію потерти сіллю ртуті (HgCl2), відбудеться наступна реакция.

2Al + 3HgCl2 ® 2AlCl3 + 3Hg.

Выделившаяся ртуть розчиняє алюміній із заснуванням сплаву алюмінію з ртуттю — амальгаму, яка утримується лежить на поверхні алюмінію, тому, якщо результат цього досвіду розмістити у воду, ми побачимо бурхливу реакцию.

2Al +6HOH ® 2Al (OH)3Ї + 3H3.

Ця реакція свідчить про дуже високою хімічної активності чистого алюминия.

Залишається дивуватися як посуд із алюмінію не розчиняється просто біля нас очах ми наливаємо у неї воду.

Секрет такої поведінки алюмінію простий — настільки активний, що саме цієї своєї здатності настільки інтенсивно окисляться постійно покритий щільною окисной плівкою Al2O3 що й перешкоджає його подальшому окислению.

Інертність оксиду алюмінію настільки велике, що покритий їм алюміній мало реагує з концентрованої і розведеною азотної кислотою (HNO3), ніяк не взаємодіє зі концентрованої і розведеною сірчаної кислотою (H2SO4), не розчиняється в ортофосфорной кислоті (H3PO4). Хоча, навіть за звичайній температурі, реагує з хлором (Cl2) і бромом (Br2) а при нагріванні з фтором (F2), йодом (I2), сірої (P.S), вуглецем (З), азотом (N2), розчиняється в розчинах щелочей.

Оксид алюмінію використовують із отримання деяких марок цементу, для обробки поверхонь, оскільки він має високої твердістю (різновид оксиду — корунд).

Оксид алюмінію (глинозем) існує у кількох кристалічних модифікаціях у тому числі стійкі a-форма і g-форма. Але тільки одна форма a-Al2O3 у природі дуже багатолика — те й рубін і сапфір, лейкосапфир та інших. — усе це різновиду мінералу корунд. g-Форма більш хімічно активна, може існувати й аморфному стані але за 900 °З необоротно перетворюється на a-форму.

Температура плавлення оксиду алюмінію 2053 °З (а кипіння узагалі 3000 °З). Порівняйте — температура плавлення самого алюмінію 660,4 °З. Тож і ми виникали проблеми з здобиччю алюмінію, попри широке распространение.

Оксид алюмінію Al2O3 отримують або спалюванням алюмінію шляхом вдмухування порошку алюмінію полум’я горелки,.

4Al + 3O2 ® 2Al2O3.

або перетворенням по схеме.

| |HCl чи | |NaOH чи | |t °З | | | |H2SO4 | |KOH | | | | |Al |——> |сіль |——> |Al (OH)3 |——> |Al2O3 |.

Чистий алюміній видобувається методом електролізу розчину глинозему в розплавленому криолите (6−8% Al2O3 і 94−92% Na3AlF6) чи електроліз AlCl3.

Гидрооксид алюмінію Al (OH)3 використовується для фарбування тканин, для виготовлення кераміки як і нейтралізуючий агент[1].

Насправді дуже широке застосування отримав так званий терміт — суміш оксиду заліза Fe3O4 з алюмінієм. При підпалі даної суміші з допомогою магнієвої стрічки відбувається кікбек з рясним виділенням тепла.

8Al + 3Fe3O4 ® 4Al2O3 + 9Fe.

Цей процес використовують під час зварювання. Іноді щоб одержати деяких чистих металів у вільному виде.

Є й інше використання цієї реакції - якщо звернути увагу на з'єднання заліза до реакції та її стан після реакції, можна помітити, що на початок реакції це був оксид заліза — саме — іржа, а після реакції - чисте відновлене залізо. Цей ефект використовують із хімічного захисту і видалення ржавчины.

Тому алюміній дуже широко використовують у техніці як як основа легких сплавів, а й як раскислитель сталей, на відновлення металів з оксидів (алюмотермия — див. приклад вище), в электротехнике.

Алюміній у техніці також використовують із насичення поверхні сталевих і чавунних виробів з метою захисту цих виробів від корозії - той процес називається алитирование.

Тонка алюмінієва фольга використовують як пакувальний матеріал для продуктів (наприклад шоколаду), більш товста — виготовлення банок для напитков.

Алюмінієві сплави мають малої щільністю (2,5 — 3,0 г/см3) в поєднані із досить хорошими механічними властивостями і задовільною сталістю до окислювання. За своїми прочностным характеристикам і з зносостійкості вони поступаються сталям, окремі теж мають хорошою свариваемостью, але з них мають характеристиками, переважаючими чистий алюминий.

[pic] Ці повітряні конструкції виконані з сплавів алюминия.

Особливо виділяються алюмінієві сплави із підвищеною пластичністю, містять до 2,8% Mg і по 2,5% Mn — вони мають більшої, ніж чистий алюміній міцністю, легко піддаються вытяжке, близькі по коррозионной стійкості до алюминию.

Дуралюмины — від французького слова dur — твердий, складний і aluminium — твердий алюміній. Дуралюмины — сплави з урахуванням алюмінію, содержащие:

. 1,4−13% Cu,.

. 0,4−2,8% Mg ,.

. 0,2−1,0% Mn ,.

. іноді 0,5−6,0% Si ,.

. 5−7% Zn ,.

. 0,8−1,8% Fe ,.

. 0,02−0,35% Ti і др.

Дуралюмины — найбільш міцні і найменш коррозионно-стойкие з алюмінієвих сплавів. Чи схильні до межкристаллической корозії. Для захисту листового дуралюминия від корозії його поверхня плакируют[2] чистим алюмінієм. Не мають хорошою свариваемостью, але завдяки своїм іншим характеристикам застосовуються скрізь, де необхідна міцність і легкість. Найбільше застосування знайшли у авіабудуванні виготовлення деяких деталей турбореактивних двигателей.

Магналии — названі так через великі в них вмісту магнію (Mg), сплави з урахуванням алюмінію, містять: 5−13% Mg, 0,2−1,6% Mn, іноді 3,5−4,5% Zn, 1,75−2,25% Ni, до 0,15% Be, до 0,2% Ti, [pic] до 0,2% Zr та інших. Алюмінієві трубы.

Магналии вирізняються високою міцністю й сталістю до корозії в прісної і навіть морській воді. Магналии також можуть добре стійкі до впливу азотної кислоти HNO3, розведеною сірчаної кислоти H2SO4, ортофосфорной кислоти H3PO4, соціальній та середовищах, містять SO2 .

Застосовуються як конструкционный матеріал в: авіабудуванні; суднобудуванні; машинобудуванні (зварні баки, клепки, бензопроводы, мастилопроводи); виготовлення арматури будівельних споруд; виготовлення деталей холодильних установок; виготовлення декоративних побутових предметів і др.

При змісті Mg вище 6% магналии схильні до межкристаллической корозії. Мають нижчими ливарними властивостями, ніж силумины.

Силумины — сплави з урахуванням алюмінію з великим змістом кремнію (Si).

До складу силуминов входять: 3−26% Si, 1−4% Cu, 0,2−1,3% Mg, 0,2−0,9% Mn, іноді 2−4% Zn, 0,8−2% Ni, 0,1−0,4% Cr ,.

. 0,05−0,3% Ti і др.

При своїх щодо невисоких прочностных характеристиках силумины мають найкращими із усіх алюмінієвих сплавів ливарними властивостями. Вони найчастіше використовуються там, де необхідно виготовити тонкостінні чи складні формою детали.

По коррозионной стійкості займають проміжне становище між дуралюминами і магналиями.

Знайшли своє основне використання у: авіабудуванні; вагоностроении; автомобілебудуванні та будівництва сільськогосподарських машин для виготовлення картеров, деталей коліс, корпусів і деталей приборов.

САП — сплави, які з Al і 20−22% Al2O3 .

Отримують спеканием окисленого алюмінієвого порошку. Після спечення частки Al2O3 грають роль упрочнителя.

Міцність даного сполуки при кімнатної температурі нижчій за, ніж в дуралюминов і магналиев, але за температурі перевищує 200 °З перевершує их.

У цьому САП мають підвищену стійкістю до окислювання, тому вони незамінні там, де температура експлуатації перевищує 400 °З. ———————————;

[1] Нейтралізуючий агент необхідний нейтралізації соляної кислоти HCl при шлунково-кишкових заболеваниях.

[2] Плакирование — (від французького plaquer — накладати) нанесення методом гарячої прокатки чи пресування на поверхню металевих аркушів тонкого шару іншого металу чи сплава.