Алюміній: його характеристики, хімічний склад і природне походження

Алюміній або алюміній є чистим металевим елементом з атомним номером 13. Він відомий своєю міцністю та легкістю, що робить його дуже затребуваним матеріалом у наш час.

Які ключові сфери використання алюмінію?

Алюміній має широкий спектр використання, зокрема:

• Конструкція: алюміній широко використовується в будівельній галузі завдяки своїй міцності та довговічності.
• Електроенергетика: алюміній використовується в силових кабелях і проводах через його високу провідність.
• Посуд і кухонні контейнери: алюміній зазвичай використовується у виробництві кухонного посуду, контейнерів і банок через його стійкість до корозії.
• Виробництво акумуляторів і запальничок: алюміній є ключовим компонентом у виробництві батарей і запальничок завдяки своїй легкості.

Скільки алюмінію виробляється?

Алюміній є високопродуктивним матеріалом, мільйони тонн якого щорічно виробляються компаніями по всьому світу.

У яких формах буває алюміній?

Алюміній випускається в різних формах, включаючи листи, плити, прутки та труби. Його також можна знайти в спеціальних формах, таких як екструзія та кування.

Яку роль відіграє алюміній у навколишньому середовищі?

Алюміній має менший вплив на навколишнє середовище порівняно з іншими металами, оскільки його можна переробляти та використовувати повторно. Це робить його звичайним матеріалом у нових асортиментах продуктів, спрямованих на зменшення відходів і сприяння екологічності.

Стати фізичним з алюмінієм

• Алюміній — блакитно-сріблястий метал, який завдяки своїй атомній структурі є дуже стабільним.
• Він має атомний номер 13 і є одним з основних елементів, присутніх на Землі.
• Атомна конфігурація алюмінію 2, 8, 3, тобто він має два електрони на першому енергетичному рівні, вісім на другому та три на зовнішньому енергетичному рівні.
• Зовнішні електрони алюмінію розподіляються між атомами, що сприяє його металевому зв’язку та робить його високопровідним.
• Алюміній має кубічну кристалічну структуру та радіус приблизно 143 пм.
• Він має температуру плавлення 660.32°C і температуру кипіння 2519°C, що робить його здатним витримувати високі температури.
• Щільність алюмінію низька, коливається від 2.63 до 2.80 г/см³, залежно від конкретного сплаву.
• Алюміній майже такий же пластичний, як золото, і є другим найбільш пластичним металом після срібла.
• Він також дуже пластичний, тобто його можна витягнути на тонкі дроти без розриву.
• У порівнянні з іншими металами, алюміній має відносно низьку вагу з діапазоном ваги приблизно від 26.98 до 28.08 г/моль залежно від ізотопу.

Фізичні характеристики

• Алюміній є звичайним елементом, який зустрічається в земній корі, де він зазвичай присутній у формі бокситу.
• Його отримують шляхом з’єднання бокситу з гідроксидом натрію з подальшим електролізом отриманої суміші.
• Чистий алюміній — це злегка блакитнувато-білий метал, який добре полірований і має легкий блиск.
• Алюміній має високу стійкість до корозії, що робить його придатним для різноманітних застосувань, де він буде піддаватися впливу елементів.
• Він має високу теплопровідність, що означає, що він може швидко та ефективно передавати тепло.
• Алюміній також нетоксичний, немагнітний та не іскристий, що робить його дуже універсальним матеріалом.
• Залежно від сплаву алюміній може варіюватися від м’якого та пластичного до твердого та міцного.
• Алюміній дуже підходить для лиття, механічної обробки та формування, що робить його популярним вибором для широкого спектру застосувань.
• З роками алюміній стає все більш важливим матеріалом завдяки своїм фізичним властивостям і легкості, з якою його можна виробляти та очищати.
• Відповідно до періодичної таблиці, алюміній є елементом середнього розміру, і він дуже стабільний завдяки своїй електронній конфігурації та властивостям зв’язування.
• Енергія іонізації алюмінію відносно висока, що означає, що для видалення електрона з атома або іона алюмінію потрібна значна кількість енергії.
• Алюміній здатний утворювати широкий спектр ізотопів, починаючи від 21Al до 43Al, з енергією від 0.05 МеВ до 9.6 МеВ.
• Фізичні властивості алюмінію роблять його дуже універсальним матеріалом, який підходить для широкого спектру застосувань, від будівництва та транспортування до електроніки та упаковки.

Алюміній: хімія, що стоїть за металом

• Алюміній був відкритий у 1825 році датським хіміком Хансом Крістіаном Ерстедом.
• Це постперехідний метал із символом Al і атомним номером 13.
• Алюміній є твердою речовиною при кімнатній температурі і має валентність три.
• Він має малий атомний радіус і високу електронегативність, що робить його міцним поєднанням з іншими елементами з утворенням сполук.
• До властивостей алюмінію належать хороші провідники електрики та тепла, низька щільність і стійкість до корозії.
• Він важливий для сучасного життя і має широкий спектр використання в будівництві, транспортуванні та пакуванні.

Виробництво та очищення алюмінію

• Алюміній виробляють за допомогою процесу Холла-Еру, який передбачає електроліз оксиду алюмінію (Al2O3) у розплавленому кріоліті (Na3AlF6).
• Цей процес енергоємний і дорогий, але алюміній широко доступний і зручний у використанні.
• Здатність виробляти алюміній у великих кількостях і за відносно низьку вартість зробила його поширеним металом у сучасному суспільстві.
• Процес рафінування передбачає додавання інших металів, таких як магній, для отримання сплавів зі специфічними властивостями.

Алюміній у природі та його водна хімія

• Алюміній є найпоширенішим металом у земній корі, але в чистому вигляді він не зустрічається.
• Він зазвичай зустрічається в таких мінералах, як боксити та глина.
• Гідроксид алюмінію (Al(OH)3) — це звичайна сполука, яка утворюється, коли алюміній реагує з водними розчинами, такими як гідроксид калію (KOH).
• У присутності води алюміній утворює на своїй поверхні тонкий шар оксиду, який захищає його від подальшої корозії.

Застосування та застосування алюмінію

• Алюміній має широкий спектр використання завдяки своїм властивостям, включаючи легкість, міцність і легкість у роботі.
• Він зазвичай використовується в будівництві, транспортуванні, пакуванні та електроніці.
• Алюміній підходить для виготовлення тонких шматків, таких як фольга, і великих шматків, таких як будівельні каркаси.
• Здатність змішувати алюміній з іншими металами дозволяє отримувати сплави зі специфічними властивостями, такими як міцність і стійкість до корозії.
• Алюмінієві стрижні широко використовуються в електропроводці через їх хорошу провідність.

Походження алюмінію: як він виникає в природі

• Алюміній є третім за поширеністю елементом у земній корі, що становить близько 8% її ваги.
• Це елемент із відносно низьким атомним номером із символом Al і атомним номером 13.
• У природі алюміній зустрічається не в чистому вигляді, а в поєднанні з іншими елементами та сполуками.
• Він зустрічається в різноманітних мінералах, включаючи силікати та оксиди, а також у формі бокситів, суміші гідратованих оксидів алюмінію.
• Боксит є основним джерелом алюмінію, його можна знайти у великих кількостях у деяких країнах, включаючи Австралію, Гвінею та Бразилію.
• Алюміній також зустрічається в магматичних породах у вигляді алюмосилікатів у польових шпатах, польовошпатоїдах і слюдах, а також у ґрунті, отриманому з них, у вигляді глини.
• Після подальшого вивітрювання він виглядає як боксит і багатий залізом латерит.

Наука, що стоїть за утворенням алюмінію

• Алюміній утворюється в ядрі зірок в результаті реакцій термоядерного синтезу і викидається в космос, коли ці зірки вибухають у вигляді наднових.
• Він також може вироблятися в невеликих кількостях шляхом спалювання певних матеріалів, таких як магній, у присутності кисню.
• Алюміній є стабільним елементом, який нелегко розщеплюється чи руйнується під час хімічних реакцій.
• Він надзвичайно міцний і легкий, що робить його цінним матеріалом для широкого спектру застосувань.

Різні форми алюмінію в природі

• Алюміній може існувати в різних формах залежно від умов, у яких він знаходиться.
• У своїй металевій формі алюміній є міцним, пластичним і пластичним матеріалом, який зазвичай використовується у виробництві широкого спектру продуктів.
• Він також може існувати у формі сполук, таких як оксид алюмінію (Al2O3), який широко відомий як корунд або рубін.
• Самородний алюміній, в якому цей елемент міститься в чистому вигляді, надзвичайно рідкісний і зустрічається лише в кількох місцях по всьому світу, включаючи Південну Америку та Гренландію.
• Алюміній також може зв’язуватися з іншими елементами, такими як водень і кисень, утворюючи такі сполуки, як гідроксид алюмінію (Al(OH)3) і оксид алюмінію (Al2O3).

Від видобутку до виробництва: шлях виробництва алюмінію

• Боксит є основним матеріалом, який використовується у виробництві алюмінію
• Він зустрічається в достатку в тропічних і субтропічних областях, особливо в Південній Америці, Африці та Австралії
• Боксит - це осадова порода, яка складається із суміші мінералів, включаючи гідроксид алюмінію, оксид заліза та кремнезем
• Для видобутку бокситів експерти використовують метод підриву, який передбачає використання вибухівки для видалення верхнього шару ґрунту та землі для доступу до багатих покладів, розташованих під ним.
• Потім видобутий боксит зберігається та транспортується на рафінуючий завод

Рафінування бокситів для отримання глинозему

• Процес рафінування починається з очищення бокситу для видалення будь-яких домішок, таких як глина, сліди заліза та інших важких металів.
• Очищений боксит потім подрібнюють на дрібні шматочки і сушать з утворенням сухого порошку
• Цей порошок поміщають у великий резервуар, де його змішують із певним типом каустичної соди та нагрівають під тиском.
• У результаті хімічної реакції утворюється речовина під назвою оксид алюмінію, білий порошкоподібний матеріал
• Потім глинозем зберігається та транспортується до плавильного заводу для подальшої обробки

Виплавка глинозему для отримання алюмінію

• Процес плавки включає перетворення глинозему в металевий алюміній
• Поточний метод, який використовується в більшості країн, передбачає процес Холла-Еру, який складається з двох основних етапів: відновлення оксиду алюмінію до оксиду алюмінію та електроліз оксиду алюмінію для отримання металевого алюмінію
• Відновлення глинозему до оксиду алюмінію включає нагрівання глинозему з відновником, таким як вуглець, для видалення кисню та отримання оксиду алюмінію
• Потім оксид алюмінію розчиняють у розплавленому електроліті та піддають дії електричного струму для отримання металевого алюмінію.
• Процес плавлення вимагає значної кількості енергії та зазвичай розташований поблизу джерел дешевої електроенергії, таких як гідроелектростанції
• Результатом процесу плавки є високоякісна продукція з алюмінію, яка використовується в широкому спектрі галузей промисловості, включаючи будівництво, транспорт і пакування.

Алюміній: універсальний метал для широкого спектру застосувань

Алюміній є широко використовуваним металом, який має ряд застосувань у різних галузях промисловості. Це легкий, міцний і довговічний матеріал, з яким легко працювати, що робить його популярним вибором для багатьох застосувань. У цьому розділі ми розглянемо різні сфери застосування алюмінію та особливості, які роблять його таким універсальним матеріалом.

Застосування в будівництві

Алюміній є популярним вибором для будівельних робіт завдяки своїй легкості та стійкості до корозії. Деякі з основних застосувань алюмінію в будівництві включають:

• Покрівля, обшивка та фасади
• Вікна, двері, вітрини
• Архітектурна фурнітура та балюстради
• Водостічні та дренажні системи
• Проступи та промислові підлоги

Алюміній також широко використовується в будівництві спортивних споруд, таких як стадіони та арени, завдяки своїй легкості та міцності.

Застосування у виробництві та промисловості

Завдяки своїм механічним і хімічним властивостям алюміній широко використовується у виробництві та промисловості. Деякі з основних застосувань алюмінію у виробництві та промисловості включають:

• Лінії та компоненти електропередач
• Виробництво банок для напоїв та їжі
• Посуд і обладнання для приготування їжі
• Комплектуючі для транспортної галузі, в тому числі залізничної та автомобільної
• Сплави для різних промислових застосувань, включаючи каталізатори та корозійностійкі матеріали

How to strip wire fast

Share

Watch on

Алюміній також широко використовується як фольга для упаковки та ізоляції через його здатність перетворювати тепло та стійкість до води та висихання.

Алюмінієві сплави та їх застосування

Алюмінієві сплави виготовляються за допомогою легуючих речовин, таких як мідь, цинк і кремній, для поліпшення механічних і хімічних властивостей металу. Деякі з найпоширеніших алюмінієвих сплавів та їх застосування включають:

• Деформовані сплави - використовуються у виробництві різних компонентів завдяки їх високій міцності та хорошій формуваності
• Литі сплави - використовуються у виробництві складних компонентів завдяки їх здатності відливати в складні форми
• Kynal - сімейство сплавів, розроблених British Imperial Chemical Industries, які широко використовуються у виробництві ліній електропередачі та компонентів

Глобальний ринок алюмінію

Алюміній є одним із найпоширеніших металів у світі, який має широке застосування в різних галузях промисловості. Світовий ринок алюмінію є значним, причому більшість виробництва алюмінію надходить з Китаю, за ним йдуть Росія та Канада. Очікується, що попит на алюміній продовжуватиме зростати, особливо в автомобільній та будівельній промисловості, оскільки зростає потреба в легких і міцних матеріалах.

Робота з алюмінієм: прийоми та поради

Коли справа доходить до роботи з алюмінієм, є кілька прийомів і порад, які можуть зробити процес простішим і ефективнішим:

• Різання. Алюміній можна різати за допомогою різноманітних інструментів, у тому числі пилок, ножиць і навіть простого фрезера. Однак важливо використовувати правильний інструмент для роботи та бути обережним, щоб не пошкодити матеріал у процесі.

• Згинання: алюміній є відносно м’яким металом, що дозволяє легко згинати та надавати йому різні форми. Однак важливо використовувати правильну техніку, щоб не завдати шкоди чи залишити непривабливі сліди.

• З’єднання. Алюміній можна з’єднати за допомогою різноманітних методів, включаючи зварювання, паяння та паяння. Кожен метод має свої переваги та недоліки, залежно від конкретного застосування.

• Оздоблення: алюміній можна обробити різними способами, включаючи полірування, анодування та фарбування. Кожен із методів має свої унікальні переваги, і його можна використовувати для створення різних видів і оздоблень.

додатків

Алюміній широко використовується в різних сферах застосування, зокрема:

• Конструкція. Алюміній є популярним вибором для будівельних матеріалів завдяки своїй міцності, довговічності та легким властивостям.

• Приготування їжі: алюміній часто використовується в кухонному посуді завдяки його здатності швидко й рівномірно проводити тепло.

• З’єднання схем і блоки: алюміній зазвичай використовується у виробництві з’єднань схем і блоків завдяки своїй здатності проводити електрику.

• Упаковка. Алюміній використовується для виготовлення різноманітних пакувальних матеріалів, включаючи банки, фольгу та навіть коробки для яєць.

Вплив на навколишнє середовище

Хоча алюміній є надзвичайно універсальним і корисним матеріалом, важливо враховувати його вплив на навколишнє середовище. Виробництво алюмінію потребує великої кількості електроенергії та може завдати значної шкоди навколишньому середовищу, якщо не ставитися до нього відповідально. Однак існує безліч методів і процесів, які можна використовувати для зменшення впливу виробництва та використання алюмінію на навколишнє середовище.

Вплив виробництва алюмінію на навколишнє середовище

Алюміній є токсичною хімікатом, який може мати шкідливий вплив на водні екосистеми. Потрапляючи у водойми, він може спричинити втрату іонів плазми та гемолімфи у риб та безхребетних, що призводить до порушення осморегуляції. Це може призвести до втрати видів рослин і тварин, що призведе до зменшення біорізноманіття. Крім того, викиди сірки під час виробництва алюмінію можуть призвести до кислотних дощів, які ще більше завдають шкоди водним екосистемам.

Наземні екосистеми

Виробництво алюмінію також має значний вплив на екосистеми суші. Вирубка лісів часто необхідна, щоб звільнити місце для заводів з виробництва алюмінію, що призводить до втрати середовища проживання багатьох видів рослин і тварин. Викид забруднюючих речовин у повітря також може завдати шкоди здоров’ю прилеглих громад і дикої природи. Іншою проблемою є забруднення ґрунту, оскільки хімічні речовини, які використовуються у виробничому процесі, можуть просочуватися в землю та завдавати шкоди життю рослин.

Висновок

Отже, у вас є багато способів використання алюмінію та чому він такий корисний матеріал. Це легкий метал із великою міцністю, що робить його ідеальним для будівництва, транспортування та пакування. Крім того, він нетоксичний і немагнітний, тому його безпечно використовувати. Тож не бійтеся ним користуватися! Ви завжди можете переробити його, коли закінчите з ним.

Я Йост Нуссельдер, засновник Tools Doctor, контент-маркетолог і тато. Я люблю випробовувати нове обладнання, і разом зі своєю командою я створюю детальні статті в блозі з 2016 року, щоб допомогти лояльним читачам інструментами та порадами щодо виготовлення.