Алюми́ний — элемент 13-й группы периодической таблицы химических элементов (по устаревшей классификации — элемент главной подгруппы III группы), третьего периода, с атомным номером 13. Обозначается символом Al (лат. Aluminium). Относится к группе лёгких металлов. Наиболее распространённый металл и третий по распространённости химический элемент в земной коре (после кислорода и кремния).
Простое вещество алюминий — лёгкий парамагнитный металл серебристо-белого цвета, легко поддающийся формовке, литью, механической обработке. Алюминий обладает высокой тепло- и электропроводностью, стойкостью к коррозии за счёт быстрого образования прочных оксидных плёнок, защищающих поверхность от дальнейшего взаимодействия.
Впервые алюминий был получен датским физиком Гансом Эрстедом в 1825 году действием амальгамы калия на хлорид алюминия с последующей отгонкой ртути. Название элемента образовано от лат. alumen — квасцы.
До открытия промышленного способа получения алюминия этот металл был дороже золота. В 1889 г. британцы, желая почтить богатым подарком великого русского химика Д. И. Менделеева, подарили ему весы из золота и алюминия.
Физические свойства
Микроструктура алюминия на протравленной поверхности слитка, чистотой 99,9998 %, размер видимого сектора около 55×37 мм
Металл серебристо-белого цвета, лёгкий
плотность — 2712 кг/м³
температура плавления у технического алюминия — 658 °C, у алюминия высокой чистоты — 660 °C
удельная теплота плавления — 390 кДж/кг
температура кипения — 2500 °C
удельная теплота испарения — 10,53 МДж/кг
удельная теплоёмкость — 897 Дж/кг·K[3]
временное сопротивление литого алюминия — 10—12 кг/мм², деформируемого — 18—25 кг/мм², сплавов — 38—42 кг/мм²
Твёрдость по Бринеллю — 24…32 кгс/мм²
высокая пластичность: у технического — 35 %, у чистого — 50 %, прокатывается в тонкий лист и даже фольгу
Модуль Юнга — 70 ГПа
Алюминий обладает высокой электропроводностью (37·106 См/м) и теплопроводностью (203,5 Вт/(м·К)), 65 % от электропроводности меди, обладает высокой светоотражательной способностью.
Слабый парамагнетик.
Температурный коэффициент линейного расширения 24,58·10−6 К−1 (20…200 °C).
Удельное сопротивление 0,0262..0,0295 Ом·мм²/м
Температурный коэффициент электрического сопротивления 4,3·10−3 K−1. Алюминий переходит в сверхпроводящее состояние при температуре 1,2 кельвина.
Алюминий образует сплавы почти со всеми металлами. Наиболее известны сплавы с медью и магнием (дюралюминий) и кремнием (силумин).
Химические свойства
При нормальных условиях алюминий покрыт тонкой и прочной оксидной плёнкой и потому не реагирует с классическими окислителями: с H2O, O2, HNO3 (без нагревания), H2SO4, но реагирует с HCl. Благодаря этому алюминий практически не подвержен коррозии и потому широко востребован современной промышленностью. Однако при разрушении оксидной плёнки (например, при контакте с растворами солей аммония NH+, горячими щелочами или в результате амальгамирования), алюминий выступает как активный металл-восстановитель. Не допустить образования оксидной плёнки можно, добавляя к алюминию такие металлы, как галлий, индий или олово. При этом поверхность алюминия смачивают легкоплавкие эвтектики на основе этих металлов.
Применение
Широко применяется как конструкционный материал. Основные достоинства алюминия в этом качестве — лёгкость, податливость штамповке, коррозионная стойкость (на воздухе алюминий мгновенно покрывается прочной плёнкой Al2O3, которая препятствует его дальнейшему окислению), высокая теплопроводность, неядовитость его соединений. В частности, эти свойства сделали алюминий чрезвычайно популярным при производстве кухонной посуды, алюминиевой фольги в пищевой промышленности и для упаковки. Первые же три свойства сделали алюминий основным сырьём в авиационной и авиакосмической промышленности (в последнее время медленно вытесняется композитными материалами, в первую очередь, углеволокном).
Основной недостаток алюминия как конструкционного материала — малая прочность, поэтому для упрочнения его обычно сплавляют с небольшим количеством меди и магния (сплав называется дюралюминий).
Электропроводность алюминия всего в 1,7 раза меньше, чем у меди, при этом алюминий приблизительно в 4 раза дешевле[22] за килограмм, но, за счёт в 3,3 раза меньшей плотности, для получения равного сопротивления его нужно приблизительно в 2 раза меньше по весу. Поэтому он широко применяется в электротехнике для изготовления проводов, их экранирования и даже в микроэлектронике при напылении проводников на поверхности кристаллов микросхем. Меньшую электропроводность алюминия (3,7·107 См/м) по сравнению с медью (5,84·107 См/м), для сохранения одинакового электрического сопротивления, компенсируют увеличением площади сечения алюминиевых проводников. Недостатком алюминия как электротехнического материала является образование на его поверхности прочной диэлектрической оксидной плёнки, затрудняющей пайку и за счет ухудшения контактного сопротивления вызывающей повышенное нагревание в местах электрических соединений, что, в свою очередь, отрицательно сказывается на надёжности электрического контакта и состоянии изоляции. Поэтому, в частности, 7-я редакция Правил устройства электроустановок, принятая в 2002 г., запрещает использовать алюминиевые проводники сечением менее 16 мм².
Благодаря комплексу свойств широко распространён в тепловом оборудовании.
Алюминий и его сплавы не приобретают хрупкость при сверхнизких температурах. Благодаря этому он широко используется в криогенной технике. Однако известен случай приобретения хрупкости криогенными трубами из алюминиевого сплава из-за их гибки на медных кернах при разработке РН Энергия[источник не указан 16 дней].
Высокий коэффициент отражения в сочетании с дешевизной и лёгкостью вакуумного напыления делает алюминий оптимальным материалом для изготовления зеркал.
В производстве строительных материалов как газообразующий агент.
Алитированием придают коррозионную и окалиностойкость стальным и другим сплавам, например, клапанам поршневых ДВС, лопаткам турбин, нефтяным платформам, теплообменной аппаратуре, а также заменяют цинкование.
Сульфид алюминия используется для производства сероводорода.
Идут исследования по разработке пенистого алюминия как особо прочного и лёгкого материала.
Алюминий всем знаком!
Нам исправно служит он.
Втрое он полегче стали,
Прочен в сплавах, и притом
Смело входит в каждый дом:
Провода висят у вас? Это раз!
Если есть сковорода – это два!
Самолет и теплоход,
Трактор или вездеход –
Для любых таких конструкций
Алюминий подойдет!
*****
Алюминий вы найдете
В ложке, кружке, самолете.
Нужен легонький металл,
Чтобы самолет летал!
Самолет парит легко,
Небосвод пронзает синий,
А взлететь так высоко
Помогает Алюминий!
*****
Что надо знать про алюминий?
Что он весьма распространен.
В боксите, нефелине, глине
Встречается в природе он.
Рассмотрим алюминий чистый
(Его узнает каждый вмиг):
Он легкий, мягкий, серебристый,
Тепла и тока проводник.
Добавка магния и меди
Металлу прочность придает.
Без сплава этого, поверьте,
Нельзя построить самолет.
Фольга в быту привычной стала,
Об этом знают стар и млад:
В фольгу из легкого металла
Завернут вкусный шоколад.
*****
Самый легкий,
Белый,
Ковкий,
Серебристый
И металл.
Он находится
В обертке
Шоколада.
Ты не знал?
Он сейчас
Так сильно развит,
Но когда-то,
Лет так 100,
Стоил золота
Дороже,
Не известен
Никому.
Он в коре
Земной так
Множен,
Что его
Найдут
Так все,
Кто захочет
И кто хочет,
А ты ищи
Его в фольге.
Окисляется
Он быстро.
Ты положишь –
Его нет.
Он оксидовой
Да пленкой
Покрывается
В ответ.
Аллюминаты
Образует
Наш сегодняшний
Герой
Но они не слишком прочны
Как ферраты,
Только проще.
*****
Где металла только нет!
Он в горючем для ракет!
В самолетах и судах!
В черепице! В проводах!
В микрочипах! В трубах! В лодках!
В кирпиче и в сковородках!
Он на вид седой, как иней,
А зовется – алюминий.
Где находят алюминий?
Например, в обычной глине.
ВераНиКа
