อลูมิเนียมคืออะไร
น้ำหนักเบาทนทานทนต่อการกัดกร่อนและใช้งานได้ - เป็นการผสมผสานคุณสมบัติที่ทำให้อลูมิเนียมเป็นวัสดุโครงสร้างหลักในยุคของเรา อะลูมิเนียมอยู่ในบ้านที่เราอาศัยอยู่ รถยนต์ รถไฟ และเครื่องบินที่เราเดินทาง ในโทรศัพท์มือถือและคอมพิวเตอร์ บนชั้นวางตู้เย็น และในการตกแต่งภายในที่ทันสมัย แต่เมื่อ 200 ปีที่แล้วไม่ค่อยมีใครรู้จักเกี่ยวกับโลหะนี้
“สิ่งที่ดูเหมือนเป็นไปไม่ได้มานานหลายศตวรรษ สิ่งที่เมื่อวานเป็นเพียงความฝันอันกล้าหาญ วันนี้กลายเป็นงานจริง และพรุ่งนี้คือความสำเร็จ”
เซอร์เกย์ ปาฟโลวิช โคโรเลฟ
นักวิทยาศาสตร์ นักออกแบบ ผู้ก่อตั้งภาคปฏิบัติด้านอวกาศ
อลูมิเนียม – โลหะสีเงินขาว องค์ที่ 13 ตารางธาตุเมนเดเลเยฟ. เหลือเชื่อแต่เป็นความจริง: อะลูมิเนียมเป็นโลหะที่มีมากที่สุดในโลก โดยคิดเป็นสัดส่วนมากกว่า 8% ของมวลเปลือกโลกทั้งหมด และเป็นองค์ประกอบทางเคมีที่มีมากเป็นอันดับสามในโลกของเรา รองจากออกซิเจนและซิลิคอน
อย่างไรก็ตาม อะลูมิเนียมไม่ได้เกิดขึ้นตามธรรมชาติค่ะ รูปแบบบริสุทธิ์เนื่องจากมีฤทธิ์ทางเคมีสูง นั่นเป็นเหตุผลที่เราได้เรียนรู้เกี่ยวกับเรื่องนี้ค่อนข้างเร็ว ๆ นี้ อะลูมิเนียมผลิตอย่างเป็นทางการในปี พ.ศ. 2367 และอีกครึ่งศตวรรษผ่านไปก่อนที่การผลิตทางอุตสาหกรรมจะเริ่มขึ้น
ส่วนใหญ่มักพบอลูมิเนียมในธรรมชาติในองค์ประกอบ สารส้ม. เหล่านี้เป็นแร่ธาตุที่รวมเกลือของกรดซัลฟิวริกสองชนิดเข้าด้วยกัน: เกลือหนึ่งใช้โลหะอัลคาไล (ลิเธียม โซเดียม โพแทสเซียม รูบิเดียม หรือซีเซียม) และอีกชนิดหนึ่งใช้โลหะในกลุ่มที่สามของตารางธาตุ ซึ่งส่วนใหญ่เป็นอะลูมิเนียม
สารส้มยังคงใช้ในปัจจุบันในการทำน้ำให้บริสุทธิ์ การปรุงอาหาร ยา เครื่องสำอางค์ เคมี และอุตสาหกรรมอื่นๆ อย่างไรก็ตามอลูมิเนียมได้ชื่อมาจากสารส้มซึ่งในภาษาละตินเรียกว่าอลูมิเนียม
คอรันดัม
ทับทิม แซฟไฟร์ มรกต และอความารีนเป็นแร่อะลูมิเนียม
สองอันแรกเป็นของคอรันดัม - นี่คืออลูมิเนียมออกไซด์ (Al 2 O 3) ในรูปแบบผลึก มีความโปร่งใสตามธรรมชาติและเป็นรองจากเพชรที่มีความแข็งแกร่งเท่านั้น กระจกกันกระสุน หน้าต่างเครื่องบิน และหน้าจอสมาร์ทโฟนผลิตจากแซฟไฟร์
และหนึ่งในแร่คอรันดัมที่มีคุณค่าน้อยกว่า ได้แก่ กากกะรุน ถูกใช้เป็นวัสดุขัดถู รวมถึงทำกระดาษทรายด้วย
จนถึงปัจจุบันมีคนรู้จักเกือบ 300 คน การเชื่อมต่อต่างๆและแร่ธาตุอลูมิเนียม ตั้งแต่เฟลด์สปาร์ซึ่งเป็นแร่หลักที่ก่อตัวเป็นหินบนโลก ไปจนถึงทับทิม แซฟไฟร์ หรือมรกต ซึ่งไม่ธรรมดาอีกต่อไป
ฮันส์ คริสเตียน เออร์สเตด(พ.ศ. 2320–2394) – นักฟิสิกส์ชาวเดนมาร์ก สมาชิกกิตติมศักดิ์ของสถาบันวิทยาศาสตร์เซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก (พ.ศ. 2373) เกิดที่เมืองรุดเคอร์บิงในตระกูลเภสัชกร ในปี พ.ศ. 2340 เขาสำเร็จการศึกษาจากมหาวิทยาลัยโคเปนเฮเกน และในปี พ.ศ. 2349 เขาได้เป็นศาสตราจารย์
แต่ไม่ว่าอะลูมิเนียมจะธรรมดาแค่ไหน การค้นพบนี้จะเกิดขึ้นได้ก็ต่อเมื่อนักวิทยาศาสตร์มีเครื่องมือใหม่ที่ช่วยให้สามารถแยกสารที่ซับซ้อนให้กลายเป็นสารที่ง่ายขึ้นได้ - ไฟฟ้า .
และในปี ค.ศ. 1824 Hans Christian Oersted นักฟิสิกส์ชาวเดนมาร์กใช้กระบวนการอิเล็กโทรไลซิสจึงได้อะลูมิเนียม มันถูกปนเปื้อนด้วยโพแทสเซียมและปรอทเจือปนที่เกี่ยวข้อง ปฏิกริยาเคมีอย่างไรก็ตาม นี่เป็นครั้งแรกที่มีการผลิตอะลูมิเนียม
การใช้กระแสไฟฟ้าทำให้อะลูมิเนียมยังคงผลิตอยู่ในปัจจุบัน
วัตถุดิบสำหรับการผลิตอะลูมิเนียมในปัจจุบันเป็นแร่อะลูมิเนียมอีกชนิดหนึ่งที่พบได้ทั่วไปในธรรมชาติ - บอกไซต์. นี่คือหินดินเหนียวที่ประกอบด้วยการดัดแปลงต่างๆ ของอลูมิเนียมไฮดรอกไซด์โดยมีส่วนผสมของออกไซด์ของเหล็ก, ซิลิคอน, ไทเทเนียม, ซัลเฟอร์, แกลเลียม, โครเมียม, วาเนเดียม, เกลือคาร์บอเนตของแคลเซียม, เหล็กและแมกนีเซียม - เกือบครึ่งหนึ่งของตารางธาตุ โดยเฉลี่ยแล้วอะลูมิเนียม 1 ตันผลิตจากอะลูมิเนียม 4-5 ตัน
อะลูมิเนียม
แร่อะลูมิเนียมถูกค้นพบโดยนักธรณีวิทยา Pierre Berthier ทางตอนใต้ของฝรั่งเศสในปี พ.ศ. 2364 สายพันธุ์นี้ได้ชื่อมาจากพื้นที่ Les Baux ที่พบ ปริมาณสำรองอะลูมิเนียมประมาณ 90% ของโลกกระจุกตัวอยู่ในประเทศเขตร้อนและกึ่งเขตร้อน ได้แก่ กินี ออสเตรเลีย เวียดนาม บราซิล อินเดีย และจาเมกา
มันได้มาจากแร่บอกไซต์ อลูมินา. นี่คืออลูมิเนียมออกไซด์ Al 2 O 3 ซึ่งมีรูปแบบของผงสีขาวและโลหะที่ผลิตโดยอิเล็กโทรไลซิสในโรงถลุงอลูมิเนียม
ต้องมีการผลิตอลูมิเนียม จำนวนมากไฟฟ้า. ในการผลิตโลหะหนึ่งตันจำเป็นต้องใช้พลังงานประมาณ 15 MWh ซึ่งเป็นปริมาณที่อาคารอพาร์ตเมนต์จำนวน 100 ห้องใช้พลังงานตลอดทั้งเดือน ดังนั้นจึงเหมาะสมที่สุดที่จะสร้างโรงถลุงอะลูมิเนียมใกล้กับแหล่งพลังงานหมุนเวียนที่ทรงพลังและหมุนเวียน ที่สุด ทางออกที่ดีที่สุด – สถานีไฟฟ้าพลังน้ำเป็นตัวแทนของ “พลังงานสีเขียว” ที่ทรงพลังที่สุดทุกประเภท
คุณสมบัติของอะลูมิเนียม
อลูมิเนียมมีคุณสมบัติอันทรงคุณค่าที่หายาก นี่เป็นหนึ่งในโลหะที่เบาที่สุดในธรรมชาติ: เบากว่าเหล็กเกือบสามเท่า แต่ในขณะเดียวกันก็มีความแข็งแรง เหนียวมาก และไม่เกิดการกัดกร่อนเนื่องจากพื้นผิวของมันถูกปกคลุมด้วยออกไซด์ที่บาง แต่มีความทนทานมากเสมอ ฟิล์ม. ไม่เป็นแม่เหล็ก นำไฟฟ้าได้ดี และก่อให้เกิดโลหะผสมกับโลหะเกือบทั้งหมด
ง่าย
เบากว่าเหล็กถึงสามเท่า
ติดทนนาน
ความแข็งแกร่งเทียบได้กับเหล็ก
พลาสติก
เหมาะสำหรับการแปรรูปทางกลทุกประเภท
ไม่มีการกัดกร่อน
ฟิล์มออกไซด์บางป้องกันการกัดกร่อน
อลูมิเนียมแปรรูปได้ง่ายด้วยแรงดันทั้งร้อนและเย็น สามารถรีด วาด ประทับตราได้ อลูมิเนียมไม่ไหม้ ไม่ต้องทาสีพิเศษ และไม่เป็นพิษ ไม่เหมือนพลาสติก
ความอ่อนตัวของอลูมิเนียมนั้นสูงมาก: สามารถใช้แผ่นที่มีความหนาเพียง 4 ไมครอนและลวดที่บางที่สุดได้ และอลูมิเนียมฟอยล์บางเฉียบก็บางกว่าเส้นผมมนุษย์ถึงสามเท่า นอกจากนี้เมื่อเปรียบเทียบกับโลหะและวัสดุอื่นๆ ยังประหยัดกว่าอีกด้วย
ความสามารถสูงในการสร้างสารประกอบที่มีองค์ประกอบทางเคมีหลายชนิดทำให้เกิดโลหะผสมอะลูมิเนียมหลายชนิด แม้แต่สิ่งเจือปนเพียงเล็กน้อยก็เปลี่ยนแปลงคุณลักษณะของโลหะได้อย่างมาก และเปิดพื้นที่ใหม่สำหรับการใช้งาน เช่น การผสมอะลูมิเนียมกับซิลิคอนและแมกนีเซียมเข้าด้วยกัน ชีวิตประจำวันสามารถพบได้บนท้องถนนอย่างแท้จริง - ในรูปแบบของล้ออัลลอย เครื่องยนต์ ส่วนประกอบแชสซี และส่วนอื่นๆ ของรถยนต์สมัยใหม่ และถ้าคุณเติมสังกะสีลงในอลูมิเนียมอัลลอยด์ บางทีคุณอาจกำลังถือมันอยู่ในมือตอนนี้ เพราะนี่คือโลหะผสมที่ใช้ในการผลิตเคส โทรศัพท์มือถือและแท็บเล็ต ในขณะเดียวกัน นักวิทยาศาสตร์ยังคงคิดค้นสิ่งใหม่ๆ อย่างต่อเนื่อง อลูมิเนียมอัลลอยด์.
สำรองอลูมิเนียม
อลูมิเนียมประมาณ 75% ที่ผลิตตลอดการดำรงอยู่ของอุตสาหกรรมยังคงใช้อยู่ในปัจจุบัน
สื่อภาพถ่ายที่ใช้ในบทความนี้เป็นของ © Shutterstock และ © รูซาล
อลูมิเนียมมีคุณสมบัติที่มีคุณค่ามากมาย:
- ความหนาแน่นต่ำ - ประมาณ 2.7 g/cm 3
- ค่าการนำความร้อนสูงและค่าการนำไฟฟ้าสูง 13.8 107 โอห์ม/เมตร
- ความเหนียวที่ดีและความแข็งแรงทางกลที่เพียงพอ
อลูมิเนียมก่อให้เกิดโลหะผสมที่มีองค์ประกอบหลายอย่าง. ในโลหะผสม อลูมิเนียมยังคงรักษาคุณสมบัติไว้ ในสถานะหลอมเหลว Al จะเป็นของเหลวและเติมแม่พิมพ์ได้ดี เมื่ออยู่ในสถานะของแข็ง จะเสียรูปได้ง่ายและสามารถตัด บัดกรี และเชื่อมได้ง่าย
ความสัมพันธ์ระหว่างอะลูมิเนียมกับออกซิเจนนั้นสูงมาก. เมื่อออกซิไดซ์ก็จะปล่อยออกมา จำนวนมากความร้อน (~ 1670000J/mol) อลูมิเนียมที่บดละเอียดเมื่อได้รับความร้อน จะติดไฟและเผาไหม้ในอากาศ อัลรวมตัวกับออกซิเจนในอากาศและในสภาวะบรรยากาศ ในกรณีนี้ อลูมิเนียมถูกหุ้มด้วยฟิล์มอะลูมิเนียมออกไซด์ที่มีความหนาแน่นบาง (หนา ~ 0.0002 มม.) เพื่อป้องกันการเกิดออกซิเดชันเพิ่มเติม ดังนั้นอัลจึงมีความทนทานต่อการกัดกร่อน พื้นผิว Al ได้รับการปกป้องอย่างดีจากการเกิดออกซิเดชันด้วยฟิล์มนี้แม้จะอยู่ในสถานะหลอมเหลวก็ตาม
ผลิตจากอลูมิเนียมอัลลอยด์ มูลค่าสูงสุดมี ดูราลูมินและซิลูมิน
.
องค์ประกอบของดูราลูมินนอกเหนือจากอัลยังรวมถึงทองแดง 3.4-4%, 0.5% Mn และ 0.5% Mg, ไม่เกิน 0.8% Fe และ 0.8% Si. Duralumin เปลี่ยนรูปได้ดีและมีคุณสมบัติทางกลใกล้เคียงกับเหล็กบางประเภท แม้ว่าจะเบากว่าเหล็กถึง 2.7 เท่าก็ตาม ( ความหนาแน่นของดูราลูมิน 2.85 g/cm3 3).
คุณสมบัติทางกลของโลหะผสมนี้จะเพิ่มขึ้นหลังจากการอบชุบด้วยความร้อนและการเสียรูปเย็น ความต้านทานแรงดึงเพิ่มขึ้นจาก 147-216 MPa เป็น 353 - 412 MPa และความแข็ง Brinell จาก 490-588 เป็น 880-980 MPa ในเวลาเดียวกันการยืดตัวสัมพัทธ์ของดูราลูมินแทบจะไม่เปลี่ยนแปลงและยังคงค่อนข้างสูง (18-24%)
Silumins คือการหล่อโลหะผสมของอลูมิเนียมและซิลิกอน มีคุณสมบัติในการหล่อและคุณสมบัติทางกลที่ดี
แอปพลิเคชัน
อลูมิเนียมและโลหะผสมมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในหลายอุตสาหกรรมรวมทั้ง การบิน การขนส่ง โลหะ อุตสาหกรรมอาหาร ฯลฯ. อลูมิเนียมและอัลลอยด์ใช้ในการผลิตตัวถังเครื่องบิน เครื่องยนต์ เสื้อสูบ กระปุกเกียร์ ปั๊ม และชิ้นส่วนอื่นๆ ในอุตสาหกรรมการบิน รถยนต์ และรถแทรกเตอร์ และภาชนะสำหรับจัดเก็บผลิตภัณฑ์เคมี อลูมิเนียมถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในชีวิตประจำวัน อุตสาหกรรมอาหาร พลังงานนิวเคลียร์ และอิเล็กทรอนิกส์ หลายส่วนของดาวเทียมประดิษฐ์ของโลกของเราและ ยานอวกาศทำจากอลูมิเนียมและโลหะผสม
เนื่องจากอะลูมิเนียมมีความสัมพันธ์ทางเคมีสูงกับออกซิเจน จึงถูกนำมาใช้ในโลหะผสมเหล็กเป็นสารกำจัดออกซิไดเซอร์ และยังใช้สำหรับการผลิตโลหะที่ลดปริมาณได้ยาก (แคลเซียม ลิเธียม ฯลฯ) โดยใช้สิ่งที่เรียกว่ากระบวนการอะลูมิเนียมความร้อน.) โดย การผลิตทั่วไปอลูมิเนียมเป็นอันดับสองในหมู่โลหะในโลกรองจากเหล็ก
อลูมิเนียม
กระทรวงศึกษาธิการและวิทยาศาสตร์แห่งสหพันธรัฐรัสเซีย
"อลูมิเนียม"
2550
ALUMINIUM (อะลูมิเนียมละติน; จาก "alumen" - สารส้ม), Al, องค์ประกอบทางเคมีของกลุ่ม III ของตารางธาตุ, เลขอะตอม 13, น้ำหนักอะตอม 26.98154
1.ลักษณะทั่วไปของอะลูมิเนียม
อลูมิเนียมธรรมชาติประกอบด้วยนิวไคลด์เดี่ยว 27Al การกำหนดค่าของชั้นอิเล็กตรอนชั้นนอกคือ 3s2p1 ในสารประกอบเกือบทั้งหมด สถานะออกซิเดชันของอะลูมิเนียมคือ +3 (วาเลนซี III)
รัศมีของอะตอมอะลูมิเนียมที่เป็นกลางคือ 0.143 นาโนเมตร รัศมีของไอออน Al3+ คือ 0.057 นาโนเมตร พลังงานของการไอออไนเซชันตามลำดับของอะตอมอะลูมิเนียมที่เป็นกลางคือ 5.984, 18.828, 28.44 และ 120 eV ตามลำดับ ตามมาตราส่วน Pauling ค่าอิเลคโตรเนกาติวีตี้ของอลูมิเนียมคือ 1.5
อะลูมิเนียมสสารธรรมดาคือโลหะเนื้อนุ่ม น้ำหนักเบา สีขาวเงิน
2.คุณสมบัติ
อะลูมิเนียมเป็นโลหะทั่วไป มีโครงตาข่ายลูกบาศก์คริสตัลวางตรงกลางหน้า พารามิเตอร์ a = 0.40403 นาโนเมตร จุดหลอมเหลวของโลหะบริสุทธิ์คือ 660°C จุดเดือดคือประมาณ 2,450°C และความหนาแน่นคือ 2.6989 g/cm3 ค่าสัมประสิทธิ์ความร้อนของการขยายตัวเชิงเส้นของอะลูมิเนียมคือประมาณ 2.5·10–5 K–1 ศักย์ไฟฟ้ามาตรฐานของ Al 3+/Al คือ 1.663 V
ในทางเคมี อลูมิเนียมเป็นโลหะที่ค่อนข้างมีฤทธิ์ ในอากาศพื้นผิวของมันถูกปกคลุมทันทีด้วยฟิล์มหนาแน่นของ Al 2 O 3 ออกไซด์ซึ่งป้องกันการเข้าถึงออกซิเจน (O) ไปยังโลหะเพิ่มเติมและนำไปสู่การหยุดปฏิกิริยาซึ่งกำหนดคุณสมบัติป้องกันการกัดกร่อนสูงของอลูมิเนียม . ฟิล์มป้องกันพื้นผิวบนอะลูมิเนียมก็จะเกิดขึ้นเช่นกันหากวางในกรดไนตริกเข้มข้น
อลูมิเนียมทำปฏิกิริยาอย่างแข็งขันกับกรดอื่นๆ:
6HCl + 2Al = 2AlCl3 + 3H2,
3H 2 SO 4 + 2Al = อัล 2 (SO 4) 3 + 3H 2
อลูมิเนียมทำปฏิกิริยากับสารละลายอัลคาไล ขั้นแรก ฟิล์มป้องกันออกไซด์จะละลาย:
อัล 2 O 3 + 2NaOH + 3H 2 O = 2Na
จากนั้นปฏิกิริยาจะเกิดขึ้น:
2อัล + 6H 2 O = 2อัล(OH) 3 + 3H 2,
NaOH + อัล(OH) 3 = นา
หรือทั้งหมด:
2Al + 6H 2 O + 2NaOH = นา + 3H 2
และเป็นผลให้เกิดอะลูมิเนต: นา - โซเดียมอะลูมิเนต (นา) (โซเดียมเตตระไฮดรอกโซอะลูมิเนต), K - โพแทสเซียมอะลูมิเนต (K) (โพแทสเซียมเตตระไฮดรอกโซอะลูมิเนต) หรืออื่น ๆ เนื่องจากอะตอมของอลูมิเนียมในสารประกอบเหล่านี้มีลักษณะเฉพาะด้วยหมายเลขประสานงานของ 6 ไม่ใช่ 4 ดังนั้นสูตรที่แท้จริงของสารประกอบเตตระไฮดรอกโซเหล่านี้มีดังนี้:
นาและเค
เมื่อถูกความร้อน อลูมิเนียมจะทำปฏิกิริยากับฮาโลเจน:
2Al + 3Cl 2 = 2AlCl 3,
2Al + 3 Br 2 = 2AlBr 3
สิ่งที่น่าสนใจคือปฏิกิริยาระหว่างผงอะลูมิเนียมและไอโอดีน (I) เริ่มต้นที่อุณหภูมิห้องหากเติมน้ำสองสามหยดลงในส่วนผสมเริ่มต้น ซึ่งในกรณีนี้จะมีบทบาทเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา:
2อัล + 3I 2 = 2อัล 3
ปฏิกิริยาของอะลูมิเนียมกับซัลเฟอร์ (S) เมื่อถูกความร้อนทำให้เกิดการก่อตัวของอะลูมิเนียมซัลไฟด์:
2อัล + 3S = อัล 2 ส 3
ซึ่งสลายตัวได้ง่ายด้วยน้ำ:
อัล 2 ส 3 + 6H 2 O = 2อัล(OH) 3 + 3H 2 ส.
อลูมิเนียมไม่มีปฏิกิริยาโดยตรงกับไฮโดรเจน (H) อย่างไรก็ตามในทางอ้อมเช่นการใช้สารประกอบออร์กาโนอะลูมิเนียมก็เป็นไปได้ที่จะสังเคราะห์โพลีเมอร์อะลูมิเนียมไฮไดรด์ที่เป็นของแข็ง (AlH 3) x ซึ่งเป็นสารรีดิวซ์ที่แข็งแกร่งมาก
ในรูปของผงอลูมิเนียมสามารถเผาในอากาศได้และเกิดผงอะลูมิเนียมออกไซด์ Al 2 O 3 สีขาวทนไฟ
ความแข็งแรงพันธะสูงใน Al 2 O 3 เป็นตัวกำหนดความร้อนสูงของการก่อตัวจากสารธรรมดาและความสามารถของอลูมิเนียมในการลดโลหะจำนวนมากจากออกไซด์ของพวกมัน เช่น:
3Fe 3 O 4 + 8Al = 4Al 2 O 3 + 9Fe และคู่
3CaO + 2Al = อัล 2 O 3 + 3Ca
วิธีการรับโลหะนี้เรียกว่า อลูมิโนเทอร์มี
Amphoteric ออกไซด์ Al 2 O 3 สอดคล้องกับ amphoteric ไฮดรอกไซด์ - สารประกอบโพลีเมอร์อสัณฐานที่ไม่มีองค์ประกอบคงที่ องค์ประกอบของอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์สามารถแสดงได้ด้วยสูตร xAl 2 O 3 ·yH 2 O เมื่อเรียนวิชาเคมีที่โรงเรียน สูตรของอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์มักระบุเป็น Al(OH) 3
ในห้องปฏิบัติการสามารถรับอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ได้ในรูปของตะกอนเจลาตินโดยปฏิกิริยาการแลกเปลี่ยน:
อัล 2 (SO 4) 3 + 6NaOH = 2Al(OH) 3 + 3Na 2 SO 4,
หรือโดยการเติมโซดาลงในสารละลายเกลืออลูมิเนียม:
2AlCl 3 + 3Na 2 CO 3 + 3H 2 O = 2Al(OH) 3 + 6NaCl + 3CO 2,
รวมถึงการเติมสารละลายแอมโมเนียลงในสารละลายเกลืออะลูมิเนียม:
AlCl 3 + 3NH 3 ·H2O = อัล(OH) 3 + 3H 2 O + 3NH 4 Cl
ชื่อและประวัติการค้นพบ: อะลูมิเนียมละตินมาจากภาษาละติน alumen ซึ่งหมายถึงสารส้ม (อะลูมิเนียมและโพแทสเซียมซัลเฟต (K) KAl(SO 4) 2 · 12H 2 O) ซึ่งใช้กันมานานในการฟอกหนังและเป็นยาสมานแผล เนื่องจากมีกิจกรรมทางเคมีสูง การค้นพบและการแยกอะลูมิเนียมบริสุทธิ์จึงใช้เวลาเกือบ 100 ปี ข้อสรุปที่ว่า "ดิน" (สารทนไฟในแง่สมัยใหม่ - อะลูมิเนียมออกไซด์) สามารถหาได้จากสารส้มนั้นถูกสร้างขึ้นในปี 1754 โดยนักเคมีชาวเยอรมัน A. Marggraf ต่อมาปรากฎว่าสามารถแยก "โลก" เดียวกันออกจากดินเหนียวได้และเริ่มเรียกว่าอลูมินา เฉพาะในปี 1825 เท่านั้นที่นักฟิสิกส์ชาวเดนมาร์ก H.K. Ørsted สามารถผลิตอะลูมิเนียมที่เป็นโลหะได้ เขาบำบัดอะลูมิเนียมคลอไรด์ AlCl 3 ซึ่งสามารถหาได้จากอลูมินาด้วยโพแทสเซียมอะมัลกัม (โลหะผสมของโพแทสเซียม (K) กับปรอท (Hg)) และหลังจากกลั่นปรอท (Hg) แล้ว เขาก็แยกผงอะลูมิเนียมสีเทาออก
เพียงหนึ่งในสี่ของศตวรรษต่อมา วิธีการนี้ได้รับการปรับปรุงให้ทันสมัยขึ้นเล็กน้อย ในปี 1854 นักเคมีชาวฝรั่งเศส A.E. Saint-Clair Deville เสนอให้ใช้โลหะโซเดียม (Na) เพื่อผลิตอะลูมิเนียม และได้รับแท่งโลหะชิ้นแรกจากโลหะใหม่ ค่าใช้จ่ายของอลูมิเนียมในเวลานั้นสูงมากและทำเครื่องประดับจากอลูมิเนียม
วิธีทางอุตสาหกรรมสำหรับการผลิตอะลูมิเนียมโดยการอิเล็กโทรไลซิสของการหลอมของส่วนผสมที่ซับซ้อน ซึ่งรวมถึงอะลูมิเนียมออกไซด์ ฟลูออไรด์ และสารอื่นๆ ได้รับการพัฒนาอย่างอิสระในปี พ.ศ. 2429 โดย P. Héroux (ฝรั่งเศส) และ C. Hall (สหรัฐอเมริกา) การผลิตอะลูมิเนียมเกี่ยวข้องกับการใช้พลังงานสูง ดังนั้นจึงถูกนำมาใช้ในวงกว้างเฉพาะในศตวรรษที่ 20 เท่านั้น ในสหภาพโซเวียต อลูมิเนียมอุตสาหกรรมตัวแรกถูกผลิตเมื่อวันที่ 14 พฤษภาคม พ.ศ. 2475 ที่โรงงานอะลูมิเนียม Volkhov ซึ่งสร้างขึ้นถัดจากโรงไฟฟ้าพลังน้ำ Volkhov
3.อยู่ในธรรมชาติ
โดยความชุกใน เปลือกโลกอะลูมิเนียมครองอันดับหนึ่งในบรรดาโลหะและเป็นอันดับสามในบรรดาธาตุทั้งหมด (รองจากออกซิเจน (O) และซิลิคอน (Si)) ซึ่งคิดเป็นประมาณ 8.8% ของมวลเปลือกโลก อลูมิเนียมพบได้ในแร่ธาตุจำนวนมาก ส่วนใหญ่เป็นอะลูมิโนซิลิเกตและหิน สารประกอบอะลูมิเนียมประกอบด้วยหินแกรนิต หินบะซอลต์ ดินเหนียว เฟลด์สปาร์ ฯลฯ แต่นี่คือความขัดแย้ง: ด้วยแร่ธาตุและหินจำนวนมากที่มีอะลูมิเนียม การสะสมของแร่บอกไซต์ซึ่งเป็นวัตถุดิบหลักสำหรับการผลิตอะลูมิเนียมทางอุตสาหกรรมจึงค่อนข้างหายาก ในรัสเซียมีแร่อะลูมิเนียมอยู่ในไซบีเรียและเทือกเขาอูราล Alunite และ Nephelines ก็มีความสำคัญทางอุตสาหกรรมเช่นกัน อะลูมิเนียมมีอยู่ในเนื้อเยื่อของพืชและสัตว์ในฐานะที่เป็นธาตุรอง มีสิ่งมีชีวิตที่มีความเข้มข้นซึ่งสะสมอลูมิเนียมไว้ในอวัยวะของพวกมัน - มอสและหอยแมลงภู่บางชนิด
4.ใบเสร็จรับเงิน
การผลิตทางอุตสาหกรรม: ในการผลิตทางอุตสาหกรรม แร่อะลูมิเนียมจะถูกผ่านกระบวนการทางเคมีเป็นครั้งแรก เพื่อขจัดสิ่งเจือปนของออกไซด์ของซิลิคอน (Si), เหล็ก (Fe) และองค์ประกอบอื่น ๆ จากผลของการประมวลผลดังกล่าวทำให้ได้อะลูมิเนียมออกไซด์บริสุทธิ์ Al 2 O 3 ซึ่งเป็นวัตถุดิบหลักในการผลิตโลหะโดยอิเล็กโทรไลซิส อย่างไรก็ตาม เนื่องจากจุดหลอมเหลวของ Al 2 O 3 สูงมาก (มากกว่า 2,000°C) จึงไม่สามารถใช้โลหะหลอมสำหรับอิเล็กโทรไลซิสได้
นักวิทยาศาสตร์และวิศวกรพบวิธีแก้ปัญหาดังนี้ ในอ่างอิเล็กโทรไลซิส ไครโอไลท์ Na 3 AlF 6 จะถูกละลายในครั้งแรก (อุณหภูมิละลายต่ำกว่า 1,000 ° C เล็กน้อย) ตัวอย่างเช่น สามารถรับไครโอไลท์ได้โดยการประมวลผลเนฟิลีนจากคาบสมุทรโคลา จากนั้นจะมีการเติม Al 2 O 3 เล็กน้อย (มากถึง 10% โดยน้ำหนัก) และสารอื่นๆ บางอย่างในการหลอมนี้เพื่อปรับปรุงสภาวะสำหรับกระบวนการต่อไป ในระหว่างอิเล็กโทรไลซิสของการหลอมนี้ อลูมิเนียมออกไซด์จะสลายตัว ไครโอไลท์ยังคงอยู่ในการหลอม และอะลูมิเนียมหลอมเหลวจะเกิดขึ้นที่แคโทด:
2อัล 2 โอ 3 = 4อัล + 3O 2
เนื่องจากกราไฟท์ทำหน้าที่เป็นขั้วบวกระหว่างกระแสไฟฟ้า ออกซิเจน (O) ที่ปล่อยออกมาที่ขั้วบวกจะทำปฏิกิริยากับกราไฟท์และคาร์บอนไดออกไซด์ CO 2 จึงเกิดขึ้น
อิเล็กโทรไลซิสผลิตโลหะที่มีปริมาณอลูมิเนียมประมาณ 99.7% ในด้านเทคโนโลยี มีการใช้อะลูมิเนียมที่บริสุทธิ์กว่ามาก ซึ่งมีปริมาณองค์ประกอบนี้ถึง 99.999% หรือมากกว่านั้น
5.การสมัคร
ในแง่ของขนาดการใช้งาน อลูมิเนียมและโลหะผสมครองอันดับที่สองรองจากเหล็ก (Fe) และโลหะผสม การใช้อะลูมิเนียมอย่างแพร่หลายในด้านเทคโนโลยีต่างๆ และในชีวิตประจำวันมีความเกี่ยวข้องกับคุณสมบัติทางกายภาพ เชิงกล และเคมีรวมกัน ได้แก่ ความหนาแน่นต่ำ ความต้านทานการกัดกร่อนในอากาศในชั้นบรรยากาศ การนำความร้อนและไฟฟ้าสูง ความเหนียว และความแข็งแรงค่อนข้างสูง อลูมิเนียมสามารถแปรรูปได้ง่ายด้วยวิธีต่างๆ เช่น การตี การตอก การรีด ฯลฯ อลูมิเนียมบริสุทธิ์ใช้สำหรับการผลิตลวด (ค่าการนำไฟฟ้าของอลูมิเนียมอยู่ที่ 65.5% ของค่าการนำไฟฟ้าของทองแดง แต่อลูมิเนียมมีน้ำหนักเบากว่าทองแดงมากกว่าสามเท่า ดังนั้นอลูมิเนียมจึงมักจะเข้ามาแทนที่ทองแดงในงานวิศวกรรมไฟฟ้า) และฟอยล์ที่ใช้เป็นวัสดุบรรจุภัณฑ์ ส่วนหลักของอลูมิเนียมถลุงนั้นใช้ในการผลิตโลหะผสมต่างๆ อลูมิเนียมอัลลอยด์มีคุณลักษณะเด่นคือมีความหนาแน่นต่ำ ทนต่อการกัดกร่อนเพิ่มขึ้น (เมื่อเทียบกับอลูมิเนียมบริสุทธิ์) และคุณสมบัติทางเทคโนโลยีขั้นสูง: การนำความร้อนและไฟฟ้าสูง ทนความร้อน ความแข็งแรง และความเหนียว สารเคลือบป้องกันและตกแต่งสามารถนำไปใช้กับพื้นผิวของโลหะผสมอลูมิเนียมได้อย่างง่ายดาย
คุณสมบัติที่หลากหลายของโลหะผสมอลูมิเนียมเกิดจากการนำสารเติมแต่งหลายชนิดเข้าไปในอลูมิเนียมซึ่งก่อให้เกิดสารละลายของแข็งหรือสารประกอบระหว่างโลหะ อลูมิเนียมจำนวนมากใช้ในการผลิตโลหะผสมเบา - duralumin (อลูมิเนียม 94%, ทองแดง 4% (Cu), 0.5% ในแต่ละแมกนีเซียม (Mg), แมงกานีส (Mn), เหล็ก (Fe) และซิลิคอน (Si)), ซิลูมิน ( 85-90% - อลูมิเนียม, ซิลิคอน 10-14% (Si), โซเดียม 0.1% (Na)) ฯลฯ ในด้านโลหะวิทยา อลูมิเนียมไม่เพียงถูกใช้เป็นฐานสำหรับโลหะผสมเท่านั้น แต่ยังเป็นหนึ่งในสารเติมแต่งโลหะผสมที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย ในโลหะผสมที่มีทองแดง (Cu) แมกนีเซียม (Mg) เหล็ก (Fe) >นิกเกิล (Ni) เป็นต้น
อลูมิเนียมอัลลอยด์มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในชีวิตประจำวัน ในการก่อสร้างและสถาปัตยกรรม ในอุตสาหกรรมยานยนต์ การต่อเรือ การบิน และเทคโนโลยีอวกาศ โดยเฉพาะอย่างยิ่งดาวเทียมโลกเทียมดวงแรกนั้นทำจากอลูมิเนียมอัลลอยด์ โลหะผสมของอลูมิเนียมและเซอร์โคเนียม (Zr) - เซอร์คาลอย - ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการก่อสร้างเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ อลูมิเนียมใช้ในการผลิตวัตถุระเบิด
สิ่งที่น่าสังเกตเป็นพิเศษคือฟิล์มสีของอะลูมิเนียมออกไซด์บนพื้นผิวของอะลูมิเนียมโลหะที่ได้จากวิธีไฟฟ้าเคมี อลูมิเนียมเมทัลลิกที่เคลือบด้วยฟิล์มดังกล่าวเรียกว่าอลูมิเนียมอโนไดซ์ เครื่องประดับเครื่องแต่งกายต่างๆ ทำจากอะลูมิเนียมชุบผิว ซึ่งมีลักษณะคล้ายทอง (Au)
เมื่อต้องจัดการกับอะลูมิเนียมในชีวิตประจำวัน คุณต้องจำไว้ว่าเฉพาะของเหลวที่เป็นกลาง (ความเป็นกรด) เท่านั้นที่สามารถให้ความร้อนและเก็บไว้ในภาชนะอะลูมิเนียม (เช่น น้ำต้ม) ตัวอย่างเช่นหากคุณปรุงซุปกะหล่ำปลีเปรี้ยวในกระทะอลูมิเนียมอลูมิเนียมจะผ่านเข้าไปในอาหารและได้รับรสชาติ "โลหะ" ที่ไม่พึงประสงค์ เนื่องจากฟิล์มออกไซด์เสียหายได้ง่ายมากในชีวิตประจำวัน การใช้เครื่องครัวอะลูมิเนียมจึงยังไม่เป็นที่พึงปรารถนา
6.บทบาททางชีวภาพ
ร่างกายมนุษย์ได้รับอะลูมิเนียมจากอาหารทุกวัน (ประมาณ 2-3 มก.) แต่ยังไม่มีการกำหนดบทบาททางชีววิทยาของมัน โดยเฉลี่ยแล้วร่างกายมนุษย์ (70 กก.) มีอะลูมิเนียมประมาณ 60 มก. ในกระดูกและกล้ามเนื้อ
บทคัดย่อที่คล้ายกัน:
ลักษณะทั่วไปเหมือนไทเทเนียม องค์ประกอบทางเคมีกลุ่มที่ 4 ของระบบธาตุ D.I. เมนเดเลเยฟ. เคมีภัณฑ์และ คุณสมบัติทางกายภาพไทเทเนียม. เรื่องราวการค้นพบไทเทเนียมโดย W. Gregor ในปี 1791 คุณสมบัติพื้นฐานของไทเทเนียมและการนำไปใช้ในอุตสาหกรรม
การจำแนกประเภทและคุณสมบัติพื้นฐานของโลหะ: ศักยภาพในการแตกตัวเป็นไอออนต่ำและใช้เป็นสารรีดิวซ์ คุณสมบัติของโครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์และตำแหน่งใน ตารางธาตุองค์ประกอบ การศึกษาอโลหะจากซิลิคอนและสารประกอบของมัน
การจำแนกประเภทของกระบวนการกัดกร่อนหลักในโลหะ วิธีเพิ่มและวิธีการประเมินประสิทธิผลของสารยับยั้ง ป้องกันการกัดกร่อนในตัวกลางนำไฟฟ้าอินทรีย์ การเตรียมตัวอย่างโลหะสำหรับการวัดอิมพีแดนซ์
วัตถุที่เป็นโลหะรอบตัวเราไม่ค่อยประกอบด้วยโลหะบริสุทธิ์ เฉพาะกระทะอลูมิเนียมหรือลวดทองแดงเท่านั้นที่มีความบริสุทธิ์ประมาณ 99.9% ในกรณีอื่นๆ ส่วนใหญ่ ผู้คนจะจัดการกับโลหะผสม ดังนั้น, ประเภทต่างๆเหล็กและเหล็กกล้าประกอบด้วยสารเติมแต่งโลหะไม่มีนัยสำคัญ...
การพัฒนา อุตสาหกรรมอลูมิเนียม. พื้นฐานของอิเล็กโทรไลซิสของการหลอมด้วยไครโอไลท์-อลูมินา วิธีการทางเลือกการได้รับอลูมิเนียม การผลิตโลหะผสมอะลูมิเนียม-ซิลิคอนด้วยความร้อนไฟฟ้า กระบวนการซับฮาไลด์ อิเล็กโทรไลซิสของคลอไรด์ละลาย
อลูมิเนียมอัลลอยด์พื้นฐาน สมบัติทางกลของซิลูมิน การทำเครื่องหมายโลหะผสมอลูมิเนียมหล่อ ซิลิคอนเป็นองค์ประกอบการผสมหลักในอลูมิเนียมหล่อซิลิลูมิน ทั่วไป คุณสมบัติทางกลโลหะผสมที่ไม่แข็งตัวด้วยความร้อน
งานหลักสูตรในวิชาเคมี อะลูมิเนียมเป็นโลหะที่พบมากที่สุดในเปลือกโลก คิดเป็น 5.5-6.6 โมล เศษส่วนของ % หรือ 8 wt % มวลหลักมีความเข้มข้นในอะลูมิโนซิลิเกต ผลพลอยได้ที่พบบ่อยมากจากการทำลายหินที่เกิดจากพวกมันคือดินเหนียว ซึ่งเป็นองค์ประกอบหลัก...
บทนำ โลหะวิทยาเป็นวิทยาศาสตร์ ศึกษาโครงสร้างและคุณสมบัติของโลหะ และสร้างการเชื่อมโยงระหว่างองค์ประกอบ โครงสร้าง และคุณสมบัติของโลหะ บทคัดย่อนี้ให้ข้อมูลทั่วไปและทางทฤษฎีเกี่ยวกับโลหะผสมอะลูมิเนียมดัด และเสริมด้วยข้อมูลอ้างอิงเฉพาะเกี่ยวกับองค์ประกอบ...
อิเล็กโทรไลซิสของการหลอมไครโอไลท์-อลูมินาบนแอโนดที่ทำจากวัสดุคาร์บอน องค์ประกอบของอิเล็กโทรไลต์ และกระบวนการกลั่นอะลูมิเนียม การผลิตคลอรีนด้วยกระแสไฟฟ้าของอะลูมิเนียมคลอไรด์ การพัฒนาเทคโนโลยีไร้ขยะเพื่อการรีไซเคิลขยะอุตสาหกรรม
ข้อมูลทั่วไปและวิธีการรับ
อลูมิเนียม (A1) - โลหะสีเงินขาว ภายใต้สภาวะปกติจะถูกปกคลุมด้วยฟิล์มออกไซด์บาง ๆ ชื่ออลูมิเนียมมาจากภาษาละติน alumen (อลูมิเนียมสารส้ม) อะลูมิเนียมในรูปแบบอิสระได้รับครั้งแรกในปี พ.ศ. 2368 โดยนักวิทยาศาสตร์ชาวเดนมาร์ก เออร์สเตด โดยการบำบัดอะลูมิเนียมคลอไรด์ด้วยโพแทสเซียมอะมัลกัม สองปีต่อมา ในปี พ.ศ. 2370 นักเคมีชาวเยอรมัน F. Wöhler ได้รับอะลูมิเนียมโดยการแทนที่โพแทสเซียมอะมัลกัมด้วยโพแทสเซียมที่เป็นโลหะ วิธีการทางอุตสาหกรรมวิธีแรกในการผลิตอะลูมิเนียมถูกเสนอในปี พ.ศ. 2397 โดยนักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศส Saint-Clair-Deville ในปี 1865 นักเคมีกายภาพชาวรัสเซีย N. N. Beketov เสนอวิธีการผลิตอะลูมิเนียมโดยการแทนที่แมกนีเซียมจากไครโอไลท์หลอมเหลว ในปี 1886 Héroux ในฝรั่งเศสและ Hall ในสหรัฐอเมริกาเสนอวิธีการผลิตอะลูมิเนียมโดยการแยกสลายด้วยไฟฟ้าของอลูมินาที่ละลายในไครโอไลท์หลอมเหลว
ในแง่ของความชุกในธรรมชาติ อลูมิเนียมเป็นอันดับแรกในบรรดาโลหะ เนื้อหาในเปลือกโลกอยู่ที่ 8.8% (โดยมวล) อลูมิเนียมเป็นส่วนประกอบของบอกไซต์ เนฟีลีน อลูไนต์ ดินขาว และหินอื่นๆ แร่อะลูมิเนียมที่มีค่าที่สุดคือแร่อะลูมิเนียมซึ่งมีอะลูมิเนียมออกไซด์ประมาณ 50%
การผลิตอะลูมิเนียมประกอบด้วยกระบวนการทางเทคโนโลยีสามกระบวนการ:
1) การได้รับอลูมินาจากแร่อลูมิเนียม (AI 2 0 3)
2) การได้รับอะลูมิเนียมปฐมภูมิโดยอิเล็กโทรไลซิสของอลูมินาที่ละลายในไครโอไลท์หลอมเหลว
3) การกลั่นอะลูมิเนียมปฐมภูมิ
อลูมินาได้มาจากแร่โดยวิธีอัลคาไลน์ กรด ความร้อนด้วยไฟฟ้า หรือวิธีผสม การเลือกวิธีการขึ้นอยู่กับองค์ประกอบและลักษณะของสิ่งเจือปนที่รวมอยู่ในแร่อะลูมิเนียม
อลูมิเนียมเมทัลลิกได้มาจากอิเล็กโทรไลซิสของอลูมินา (AI 2 0 3) ละลายในไครโอไลท์ (Na 3 AIF 6) อิเล็กโทรไลต์ประกอบด้วยเกลืออื่นๆ CaF 2, MgF 2, NaCl เพิ่มเติมเล็กน้อย ซึ่งจะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพของอิเล็กโทรไลเซอร์ อิเล็กโทรไลต์มักจะมีอลูมินา 6-8%; หลังจากกระบวนการอิเล็กโทรไลซิส ปริมาณอลูมินาจะลดลงเหลือ 1.5-2% มีการแนะนำอีกส่วนหนึ่ง อิเล็กโทรไลซิสดำเนินการที่อุณหภูมิประมาณ 950 °C และแรงดันไฟฟ้า 4.0-4.5 V ปริมาณการใช้ไฟฟ้าสำหรับอะลูมิเนียม 1 ตันคือ ~ 15,000 kWh แคโทดอยู่ด้านล่างของอ่าง และแอโนดนั้นเป็นบล็อกคาร์บอนที่ถูกเผาซึ่งจุ่มอยู่ในความร้อนหรืออิเล็กโทรดที่ยิงตัวเองได้ อลูมิเนียมดิบมีสิ่งเจือปนจำนวนมาก ดังนั้นจึงทำให้บริสุทธิ์โดยการเป่าด้วยคลอรีนที่อุณหภูมิ 750-770°C เป็นเวลา 10-15 นาที แล้วเทลงในสุกร ด้วยวิธีนี้จะได้อะลูมิเนียมที่มีความบริสุทธิ์ 99.7-99.5% หากใช้วัสดุตั้งต้นที่บริสุทธิ์มาก ก็สามารถรับอะลูมิเนียมปฐมภูมิเกรด A85 และ A8 ได้
เพื่อให้ได้อะลูมิเนียม มีความบริสุทธิ์สูง(A995-A95) อะลูมิเนียมปฐมภูมิที่มีความบริสุทธิ์ทางเทคนิคได้รับการทำให้บริสุทธิ์ด้วยไฟฟ้าเพิ่มเติมโดยใช้วิธีสามชั้นในเกลือหลอมเหลว อลูมิเนียมที่มีความบริสุทธิ์สูง (A999) ได้มาจากการหลอมโซนหรือการกลั่นผ่านซับฮาไลด์ของอะลูมิเนียมที่ผ่านการกลั่นด้วยไฟฟ้า
อลูมิเนียมปฐมภูมิมีจำหน่ายในรูปแบบหมู แท่ง เหล็กลวด แถบ ฯลฯ
อลูมิเนียมเกรด A999 ที่มีความบริสุทธิ์สูงถูกควบคุมโดยค่าความต้านทานไฟฟ้าตกค้างที่อุณหภูมิฮีเลียมเหลวซึ่งไม่ควรเกิน 4 * 10 -12 โอห์ม - ม.
สามารถควบคุมความบริสุทธิ์ของอลูมิเนียมเกรด A999 ได้ด้วยค่าการลดทอนของคลื่นอัลตราโซนิกซึ่งมีลักษณะเฉพาะตามเวลาเสียงซึ่งไม่ควรเกิน 500 μs
ในอะลูมิเนียมเกรด A5E และ A7E ซึ่งมีไว้สำหรับการผลิตสายไฟและผลิตภัณฑ์เคเบิลอื่นๆ ปริมาณของไทเทเนียม วานาเดียม แมงกานีส และโครเมียมนั้นมีจำกัด เนื่องจากจะช่วยลดการนำไฟฟ้าได้มากที่สุด
ความต้านทานไฟฟ้าจำเพาะ p ที่ 20 °C ของลวดที่ทำจากอลูมิเนียมเกรด A7E และ A5E และอบอ่อนที่ 350 ± ±20 °C เป็นเวลา 3 ชั่วโมง ไม่ควรเกิน 0.0277 μOhm-m สำหรับเกรด A7E และ 0.0280 μOhm-m สำหรับยี่ห้อ A5E
อลูมิเนียมที่มีความบริสุทธิ์ทางเทคนิคสำหรับการผลิตผลิตภัณฑ์กึ่งสำเร็จรูปที่เปลี่ยนรูปได้นั้นมีจำหน่ายในแท่งโลหะที่มีอัตราส่วนของเหล็กต่อสิ่งเจือปนของซิลิคอนอย่างน้อย 1.2: 1.0 และในแท่งโลหะ - อย่างน้อย 1.0: 1.0 สำหรับการผลิตโลหะผสมดัดของระบบอะลูมิเนียม-แมกนีเซียมนั้น อะลูมิเนียมที่มีความบริสุทธิ์สูงและทางเทคนิคจะมีปริมาณโซเดียมอยู่ที่ 0.002%
คุณสมบัติทางกายภาพ
ลักษณะอะตอม เลขอะตอม 13, มวลอะตอม 26.981 ก. e.m., ปริมาตรอะตอม 10.0*10 -6 m 3 /mol, รัศมีอะตอม 0.143 nm, รัศมีไอออนิก AI 3 + 0.057 nm การกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์เปลือกนอกของอะลูมิเนียมอะตอม 3s 2 3p ความต้านทานไฟฟ้า 1.5 ค่าศักยภาพไอออไนเซชัน 7(eV): 5.984, 18.82, 28.44 อะลูมิเนียมประกอบด้วยไอโซโทปเสถียร 27 AI หนึ่งตัว การมีอยู่ของไอโซโทปกัมมันตภาพรังสีหลายชนิดของอลูมิเนียมที่มีเลขมวล 24, 25, 26, 28, 29 โดยมีครึ่งชีวิตตามลำดับเท่ากับ: 2.1; 7.6; 6.7; 138; 394 หน้า
อลูมิเนียมมี g.c. k. ขัดแตะที่มีคาบ (ที่ 298 K) 0.404958 นาโนเมตร สำหรับอะลูมิเนียมที่มีความบริสุทธิ์ 99.9998% และ 0.404947 นาโนเมตร สำหรับอะลูมิเนียม 99.99% ค่าของพารามิเตอร์โครงตาข่ายอะลูมิเนียมขึ้นอยู่กับอุณหภูมิอย่างมาก (ข้อมูลสำหรับอะลูมิเนียมที่มีความบริสุทธิ์ 99.99%):
คุณสมบัติทางเคมี
ศักย์ไฟฟ้าอิเล็กโทรดปกติของปฏิกิริยา A1-Ze^=A1 3+ f 0 = -1.66 V. ค่าเทียบเท่าเคมีไฟฟ้าคือ 0.09316 mg/C
ในสารประกอบที่เสถียรทั้งหมด อลูมิเนียมมีสถานะออกซิเดชันที่ + 3 ที่อุณหภูมิสูงสามารถแสดงสถานะออกซิเดชันที่ + 1 และน้อยกว่ามากคือ +2
อลูมิเนียมมีปฏิกิริยาเคมีสูง โดยในชุดแรงดันไฟฟ้า จะเป็นหนึ่งในองค์ประกอบที่มีอิเลคโตรเนกาติวีตมากที่สุด
อลูมิเนียมจะรีดิวซ์ออกไซด์ของโลหะส่วนใหญ่ให้เป็นโลหะ ทำปฏิกิริยาอย่างรุนแรงกับฮาโลเจน และที่อุณหภูมิสูงกับซัลเฟอร์ ไนโตรเจน และฟอสฟอรัส อลูมิเนียมละลายในด่างและก่อตัวเป็นอะลูมิเนต เมื่อถูกความร้อน อลูมิเนียมจะละลายเข้าไปได้ง่าย
กรดไนตริกและซัลฟิวริกเจือจาง แต่กรดไนตริกเย็นจะทำให้มันผ่านไป
ด้วยความสามารถในการดึงดูดออกซิเจนสูง อลูมิเนียมในอากาศจึงถูกปกคลุมอย่างรวดเร็วด้วยฟิล์มออกไซด์ที่ต่อเนื่อง บาง ทนทานมาก และไม่มีรูพรุน ชั้นของออกไซด์ก่อตัวในบรรยากาศที่แห้งภายในไม่กี่นาที โดยมีความหนา 5-10 นาโนเมตรที่อุณหภูมิห้อง หากชั้นนี้เสียหาย ชั้นใหม่จะปรากฏขึ้นทันที (การป้องกันตัวเอง) ภาพยนตร์เรื่องนี้มีความต้านทานไฟฟ้าสูง (แรงดันพังทลายเกิน 500 V) และสามารถทนต่ออุณหภูมิสูงได้ซึ่งแตกต่างจากฉนวนอินทรีย์
การออกซิเดชันของอะลูมิเนียมจะเร่งตัวเหนือจุดหลอมเหลว อลูมิเนียมที่บดละเอียดจะไหม้เมื่อถูกความร้อนในอากาศ การมีสิ่งเจือปนของแมกนีเซียม โซเดียม ทองแดง และซิลิกอนช่วยเพิ่มการออกซิเดชันของอะลูมิเนียม
ที่อุณหภูมิสูงกว่า 100 "C อลูมิเนียมจะเกิดสารประกอบ A1C1 3 กับคลอรีน ที่ความดันบรรยากาศ อลูมิเนียมคลอไรด์จะระเหิดโดยไม่ละลายที่ 183 ° C อลูมิเนียมโลหะจะเกิดอะลูมิเนียมซับคลอไรด์ A1C1 กับอลูมิเนียมคลอไรด์เมื่อถูกความร้อนในสุญญากาศที่สูงกว่า 1,000 ° C เมื่อเย็นลงที่อุณหภูมิ 800 °C อะลูมิเนียมซับคลอไรด์จะสลายตัวอีกครั้งเป็นอะลูมิเนียมและอะลูมิเนียมคลอไรด์ปกติ
ด้วยโฟโตเตอร์ อลูมิเนียมจะสร้างสารประกอบที่ระเหิดได้โดยไม่ละลายที่อุณหภูมิ 1,000-1100°C และความดันบรรยากาศ
ที่อุณหภูมิสูงกว่า 1,000 °C อลูมิเนียมจะเกิดซัลไฟด์ A1 2 S 3 พร้อมกับกำมะถันซึ่งมีจุดหลอมเหลวที่ 1,100 °C อลูมิเนียมซัลไฟด์จะสลายตัวอย่างสมบูรณ์ด้วยน้ำเพื่อเกิดไฮโดรเจนซัลไฟด์
อะลูมิเนียมคาร์ไบด์ ATSZ เกิดขึ้นเมื่อถูกความร้อนในอากาศจนถึง 2000°C; ในสุญญากาศ - ที่ 1,000-1200°C เมื่อถูกความร้อนสูงกว่า 2000°C Al 4 SE จะสลายตัวเมื่อมีกราไฟท์ออกมา
อะลูมิเนียมเริ่มรวมตัวกับไนโตรเจนที่อุณหภูมิ 700 °C เพื่อสร้างไนไตรด์ A1N; ปฏิกิริยาที่รุนแรงที่สุดของอะลูมิเนียมกับไนโตรเจนเกิดขึ้นที่อุณหภูมิ 830 °C อะลูมิเนียมไนไตรด์สามารถไฮโดรไลซ์ได้ง่าย: A1N+3H 2 0-WU(0H) 3 +NH 3
เมื่อถูกความร้อน อลูมิเนียมจะทำปฏิกิริยากับฟอสฟอรัส (500°C) ทำให้เกิดสารประกอบ A1P อะลูมิเนียมฟอสไฟด์ดูดความชื้นได้มากจึงใช้เป็นตัวแทนในการทำให้แห้ง
เมื่ออะลูมิเนียมทำปฏิกิริยากับโมเลกุลไฮโดรเจน จะไม่เกิดไฮไดรด์ อย่างไรก็ตาม ไฮโดรเจนเป็นก๊าซชนิดเดียวที่สามารถละลายได้อย่างเห็นได้ชัดทั้งในอะลูมิเนียมเหลวและของแข็ง
ความสามารถในการละลายของไฮโดรเจนในอลูมิเนียม (ซม. 3 /00 กรัม):
เนื่องจากความสามารถในการละลายของไฮโดรเจนลดลงอย่างรวดเร็วในระหว่างการเปลี่ยนโลหะจากของเหลวเป็นสถานะของแข็ง จึงถูกปล่อยออกมาจากอะลูมิเนียม ซึ่งนำไปสู่ความพรุนของการหล่อและการพัฒนาของข้อบกพร่อง (การแยกส่วน) ในระหว่างการเสียรูปในภายหลัง การมีสารเจือปนเจือปนในอลูมิเนียมส่งผลกระทบอย่างมากต่อการละลายของไฮโดรเจนในอะลูมิเนียม โดยเฉพาะอย่างยิ่งในสถานะของเหลว มีการสถาปนาว่าทองแดงครีม
iii ดีบุกลดความสามารถในการละลายของไฮโดรเจนในอลูมิเนียม และแมงกานีส โครเมียม เหล็ก ซีเรียม และแมกนีเซียมก็เพิ่มขึ้น
โลหะทุกชนิดมีการละลายในอะลูมิเนียมแข็งอย่างจำกัด แมกนีเซียม ทองแดง สังกะสี เงิน แกลเลียม เจอร์เมเนียม มีความสามารถในการละลายสูงสุดในสถานะของแข็ง องค์ประกอบจำนวนหนึ่ง (K, Na, Rb, Cs, In, TI, Pb, Bi) มีความสามารถในการละลายจำกัดในสถานะของเหลว และไม่ละลายในสถานะของแข็งในทางปฏิบัติ
อลูมิเนียมมีความต้านทานการกัดกร่อนสูงซึ่งเนื่องมาจากความสามารถในการทะลุทะลวงได้ง่าย การมีอยู่ของฟิล์มออกไซด์บนพื้นผิวอะลูมิเนียมทำให้เกิดความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญระหว่างศักย์ไฟฟ้าคงที่ของอะลูมิเนียมในสภาพแวดล้อมที่เป็นกรดและเป็นกลางกับมาตรฐาน ศักย์ไฟฟ้าอลูมิเนียม ความต้านทานการกัดกร่อนของอลูมิเนียมเกรดต่างๆนั้นพิจารณาจากปริมาณเหล็กเป็นหลัก และซิลิคอนมีผลน้อยกว่าในปริมาณมากถึง 0.3% เนื่องจากในกรณีที่ไม่มีเหล็กก็จะอยู่ในสารละลายที่เป็นของแข็ง ผลของธาตุเหล็กขึ้นอยู่กับค่า pH ของสิ่งแวดล้อม ในสภาพแวดล้อมที่เป็นกรด ซึ่งกระบวนการนี้เกิดขึ้นจากการเปลี่ยนขั้วของไฮโดรเจน เหล็กจะช่วยลดความต้านทานการกัดกร่อนของอลูมิเนียมได้อย่างมาก ในสภาพแวดล้อมที่เป็นกลางและเป็นด่าง ปริมาณเหล็กสูงถึง 0.5% แทบไม่มีผลกระทบต่อความต้านทานการกัดกร่อน
พื้นที่ใช้งาน
ขอบคุณ การผสมผสานที่ดีอลูมิเนียมมีคุณสมบัติทางกายภาพ ทางกล และเทคโนโลยีที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย พื้นที่ต่างๆเศรษฐกิจของประเทศ
อลูมิเนียมอัลลอยด์ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการก่อสร้างสำหรับการผลิตโครงสร้างปิดล้อมและรับน้ำหนัก การก่อสร้างไซโล ไซโล สระว่ายน้ำ ฯลฯ
อลูมิเนียมอัลลอยด์ที่เชื่อมได้และทนต่อการกัดกร่อน (AD1, AMts, AMgZ, AMg5; AMgb ฯลฯ) ถูกนำมาใช้ในการต่อเรือเพื่อการผลิตตัวเรือและโครงสร้างส่วนบน ท่อ และอุปกรณ์ต่างๆ ของเรือ การใช้อลูมิเนียมอัลลอยด์ช่วยให้เรือเบาลงได้อย่างมากซึ่งนำไปสู่การเพิ่มความสามารถในการบรรทุกหรือการปรับปรุง ลักษณะทางเทคนิค(เพิ่มความเร็ว).
อลูมิเนียมอัลลอยด์ของระบบ Al - Mg และ Al - Zn - Mg ถูกนำมาใช้ในทางรถไฟและ การขนส่งทางถนนสำหรับการผลิตรถยนต์นั่งบรรทุกสินค้า รถถัง ตัวถังรถ ซึ่งสัมพันธ์กับความแข็งแรงจำเพาะสูงของโลหะผสม ซึ่งทำให้สามารถลดน้ำหนักได้ และเป็นผลให้ลดการสิ้นเปลืองน้ำมันเชื้อเพลิง ทนต่อการกัดกร่อนสูง และทนทานต่อการเสียดสีจากสินค้าเทกอง .
ในอุตสาหกรรมน้ำมันและเคมี อลูมิเนียมและโลหะผสมถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายเป็นวัสดุโครงสร้างสำหรับการผลิตชิ้นส่วนสำหรับอุปกรณ์บ่อน้ำมัน (ท่อเจาะ แท่นขุดเจาะ) อุปกรณ์สำหรับการกลั่นน้ำมันและกระบวนการทางเคมี (ตัวเก็บประจุ ถัง คอลัมน์) ข้อดีของอลูมิเนียมและโลหะผสมในกรณีนี้ ได้แก่ การก่อตัวของผลิตภัณฑ์ที่มีการกัดกร่อนซึ่งไม่ทำให้สิ่งแวดล้อมมีสีสัน ไม่สามารถกำหนดราคาได้ และไม่มีอิทธิพลต่อกิจกรรมที่สำคัญของจุลินทรีย์
อลูมิเนียมที่มีค่าการนำไฟฟ้าสูงทำให้สามารถใช้ในการผลิตสายไฟ สายเคเบิล บัสบาร์ไฟฟ้า ฯลฯ หน้าตัดที่ค่อนข้างต่ำสำหรับการดักจับนิวตรอนความร้อน และความไวของโครงสร้างและคุณสมบัติต่อผลกระทบของรังสีต่ำ ดี ความต้านทานการกัดกร่อนในสารหล่อเย็นอนุญาตให้ใช้อลูมิเนียมและโลหะผสมบางส่วนในการก่อสร้างเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์เพื่อผลิตเปลือกป้องกันขององค์ประกอบเชื้อเพลิง ท่อ ฯลฯ อลูมิเนียมทางเทคนิคมักใช้ในเครื่องปฏิกรณ์ระบายความร้อนด้วยน้ำที่อุณหภูมิสูงถึง 130 "C ตั้งแต่กลางทศวรรษที่ 20 ในคริสต์ทศวรรษ 1980 การใช้อะลูมิเนียมและโลหะผสมอย่างแพร่หลายเริ่มขึ้นในอุตสาหกรรมอากาศยาน อลูมิเนียมบริสุทธิ์ส่วนใหญ่ใช้ในรูปของฟอยล์สำหรับโครงสร้างรังผึ้ง โลหะผสมที่มีความแข็งแรงสูง ได้แก่ Al - Cu - Mg และ Al - ระบบ Zn - Mg - Cu ใช้สำหรับองค์ประกอบกำลังของลำตัวเครื่องบินและปีกเครื่องบิน และโลหะผสมทนความร้อนใช้ในการผลิตล้อลงจอด ใบพัด เฟรม รวมถึงสำหรับ ส่วนต่างๆเครื่องยนต์ ประมาณ 70% ของวัสดุที่ใช้ในเครื่องบินความเร็วเหนือเสียงสมัยใหม่เป็นโลหะผสมอะลูมิเนียม
อลูมิเนียมอัลลอยด์ถูกนำมาใช้อย่างประสบความสำเร็จ อุปกรณ์ทางทหารสำหรับตัวถังและถังเชื้อเพลิงของขีปนาวุธ, สำหรับเกราะของผู้ให้บริการรถหุ้มเกราะและรถถังเบา ฯลฯ
ในทางโลหะวิทยา อลูมิเนียมใช้ในการกำจัดออกซิไดซ์เหล็กและผลิตโลหะบางชนิดโดยใช้ความร้อนจากอะลูมิเนียม
อลูมิเนียมและโลหะผสมโลหะผสมต่ำถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายโดยเฉพาะสำหรับการผลิตสินค้าอุปโภคบริโภค: จานและเครื่องใช้ในครัวเรือน; เครื่องใช้ไฟฟ้าในครัวเรือน เฟอร์นิเจอร์ และอุปกรณ์กีฬา ภาชนะสำหรับจัดเก็บและขนส่ง ผลิตภัณฑ์อาหาร. ใน เมื่อเร็วๆ นี้เครื่องครัวอะลูมิเนียมที่มีพื้นผิวด้านนอกเคลือบสีและเคลือบสารกันติดของพื้นผิวการทำงานเป็นที่ต้องการอย่างมาก ใช้สำหรับวัสดุบรรจุภัณฑ์ อลูมิเนียมฟอยล์และการใช้กระป๋องอลูมิเนียมสามารถลดการใช้กระป๋องที่หายากในปัจจุบันได้
อลูมิเนียมและคุณสมบัติของมัน
อะลูมิเนียมเป็นองค์ประกอบทางเคมีของกลุ่มที่สามของตารางธาตุ D.I. เมนเดเลเยฟ.
|
ความหนาแน่น (กก./ลบ.ม.) |
|
|
อุณหภูมิหลอมเหลว T pl, ° C |
|
|
จุดเดือด T bp, ° C |
|
|
ความร้อนแฝงของฟิวชัน J/g |
|
|
ค่าการนำความร้อน l, W/m องศา (ที่ 20 ° C) |
|
|
ความจุความร้อน C p, J/(g องศา) (ที่ 0–100 ° C) |
|
|
ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงเส้น α Р 10 6, 1/°С (ที่°С) |
|
|
ความต้านทานไฟฟ้า ρ Ch 10 8, Ohm Ch m (ที่ 20 ° C) |
|
|
ความต้านแรงดึง σ นิ้ว, MPa |
|
|
การยืดตัวสัมพัทธ์ δ, % |
|
|
ความแข็งของบริเนล HB |
|
|
โมดูลัสของความยืดหยุ่นปกติ E, GPa |
เกรดและองค์ประกอบทางเคมี (%) ของอะลูมิเนียมปฐมภูมิ (GOST 11069–74)
|
การกำหนดแบรนด์ |
ไม่น้อย |
สิ่งสกปรกไม่มีอีกต่อไป |
|||||
|
อลูมิเนียมที่มีความบริสุทธิ์สูง |
|||||||
|
อลูมิเนียมที่มีความบริสุทธิ์สูง |
|||||||
|
อลูมิเนียมเกรดทางเทคนิค |
|||||||
*สำหรับผลรวมของไทเทเนียม วานาเดียม โครเมียม และแมงกานีส
** เศษมวลที่อนุญาตของเหล็กไม่น้อยกว่า 0.18%
***"E" - ในแบรนด์ที่มีคุณสมบัติทางไฟฟ้าที่รับประกัน
อลูมิเนียมที่มีความบริสุทธิ์ทางเทคนิคซึ่งใช้สำหรับการผลิตผลิตภัณฑ์กึ่งสำเร็จรูปและผลิตภัณฑ์โดยการเสียรูปรวมอยู่ใน GOST 4784-74
องค์ประกอบทางเคมี (%) ของอะลูมิเนียมทางเทคนิค
|
อัลไม่น้อย |
สิ่งสกปรกไม่มีอีกต่อไป |
||||||||||
|
ภาษารัสเซีย |
ระหว่างประเทศ |
||||||||||
|
จดหมาย |
ดิจิทัล |
||||||||||
*ข: 0.02%; Ti+V: 0.02%
**ข: 0.05%; Ti+V: 0.02%
รับประกันคุณสมบัติทางกล (ไม่น้อย) ของแผ่นที่ผลิตจาก AD0, AD1
|
สถานะ |
ความหนาของแผ่น mm |
||
|
จาก 0.6 ถึง 0.9 |
|||
|
จาก 1.0 ถึง 10.0 |
|||
|
จาก 0.5 ถึง 0.8 |
|||
|
จาก 0.9 ถึง 4.0 |
|||
|
จาก 4.1 ถึง 10.0 |
|||
|
ตั้งแต่ 5.0 ถึง 10.5 |
อลูมิเนียม,องค์ประกอบทางเคมีของกลุ่มที่ 3 ของตารางธาตุ เลขอะตอม 13 มวลอะตอมสัมพัทธ์ 26.98 ในธรรมชาติ จะมีนิวไคลด์เสถียรเพียงตัวเดียวคือ 27 อัล ไอโซโทปกัมมันตภาพรังสีของอะลูมิเนียมจำนวนหนึ่งได้รับการประดิษฐ์ขึ้นโดยมีอายุยาวนานที่สุด - 26 อัล - มีครึ่งชีวิต 720,000 ปี
อลูมิเนียมในธรรมชาติมีอะลูมิเนียมจำนวนมากในเปลือกโลก: 8.6% โดยน้ำหนัก อยู่ในอันดับที่หนึ่งในบรรดาโลหะทั้งหมด และเป็นอันดับสามในบรรดาองค์ประกอบอื่นๆ (รองจากออกซิเจนและซิลิคอน) มีอะลูมิเนียมมากกว่าเหล็กถึงสองเท่า และมากกว่าทองแดง สังกะสี โครเมียม ดีบุก และตะกั่วรวมกันถึง 350 เท่า! ตามที่เขาเขียนเมื่อกว่า 100 ปีที่แล้วในหนังสือเรียนคลาสสิกของเขา พื้นฐานของเคมีดิ. Mendeleev ในบรรดาโลหะทั้งหมด “อะลูมิเนียมเป็นโลหะที่แพร่หลายมากที่สุดในธรรมชาติ ก็เพียงพอที่จะชี้ให้เห็นว่ามันเป็นส่วนหนึ่งของดินเหนียวเพื่อให้เห็นการกระจายตัวของอะลูมิเนียมในเปลือกโลกได้อย่างทั่วถึง อะลูมิเนียมหรือโลหะสารส้ม (อลูเมน) เรียกอีกอย่างว่าดินเหนียวเพราะพบได้ในดินเหนียว”
แร่ที่สำคัญที่สุดของอะลูมิเนียมคือแร่บอกไซต์ ซึ่งเป็นส่วนผสมของออกไซด์พื้นฐาน AlO(OH) และไฮดรอกไซด์ Al(OH) 3 แหล่งแร่บอกไซต์ที่ใหญ่ที่สุดตั้งอยู่ในออสเตรเลีย บราซิล กินี และจาเมกา การผลิตภาคอุตสาหกรรมก็ดำเนินการในประเทศอื่นด้วย อลูไนต์ (หินสารส้ม) (Na,K) 2 SO 4 ·Al 2 (SO 4) 3 ·4Al(OH) 3 และ nepheline (Na,K) 2 O·Al 2 O 3 ·2SiO 2 ก็อุดมไปด้วยอะลูมิเนียมเช่นกัน โดยรวมแล้วมีแร่ธาตุมากกว่า 250 ชนิดที่ประกอบด้วยอะลูมิเนียม ส่วนใหญ่เป็นอะลูมิโนซิลิเกตซึ่งส่วนใหญ่ก่อตัวเป็นเปลือกโลก เมื่อสภาพอากาศเกิดดินเหนียวขึ้นซึ่งพื้นฐานคือแร่คาโอลิไนต์อัล 2 O 3 · 2SiO 2 · 2H 2 O สิ่งเจือปนของเหล็กมักจะทำให้ดินเหนียวเป็นสีน้ำตาล แต่ยังมีดินเหนียวสีขาว - ดินขาวซึ่งใช้ทำ ผลิตภัณฑ์เครื่องลายครามและเครื่องปั้นดินเผา
ในบางครั้งพบคอรันดัมแร่ที่มีความแข็งเป็นพิเศษ (รองจากเพชร) - ผลึกออกไซด์ Al 2 O 3 ซึ่งมักมีสีจากสิ่งเจือปนในสีที่ต่างกัน สีน้ำเงิน (ส่วนผสมของไทเทเนียมและเหล็ก) เรียกว่าแซฟไฟร์ ส่วนสีแดง (ส่วนผสมของโครเมียม) เรียกว่าทับทิม สิ่งเจือปนต่างๆ ยังสามารถแต่งสีให้กับสิ่งที่เรียกว่าคอรันดัมมีตระกูลได้ เช่น สีเขียว เหลือง ส้ม ม่วง รวมถึงสีและเฉดสีอื่นๆ
จนกระทั่งเมื่อไม่นานมานี้ เชื่อกันว่าอะลูมิเนียมซึ่งเป็นโลหะที่มีความว่องไวสูงไม่สามารถเกิดขึ้นได้ในธรรมชาติในสภาวะอิสระ แต่ในปี พ.ศ. 2521 อะลูมิเนียมพื้นเมืองถูกค้นพบในหินของแพลตฟอร์มไซบีเรีย - อยู่ในรูปของผลึกคล้ายด้ายเท่านั้น ยาว 0.5 มม. (มีความหนาของเกลียวหลายไมโครเมตร) อลูมิเนียมพื้นเมืองยังถูกค้นพบในดินบนดวงจันทร์ที่นำมาสู่โลกจากบริเวณทะเลแห่งวิกฤตและความอุดมสมบูรณ์ เชื่อกันว่าโลหะอลูมิเนียมสามารถเกิดขึ้นได้โดยการควบแน่นจากก๊าซ เป็นที่ทราบกันว่าเมื่ออะลูมิเนียมเฮไลด์ - คลอไรด์, โบรไมด์, ฟลูออไรด์ - ถูกให้ความร้อน พวกมันสามารถระเหยได้ง่ายไม่มากก็น้อย (เช่น AlCl 3 sublimes อยู่ที่ 180 ° C) เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นอย่างมาก อะลูมิเนียมเฮไลด์จะสลายตัว และเปลี่ยนสถานะเป็นสถานะที่มีวาเลนซีโลหะต่ำลง เช่น AlCl เมื่อสารประกอบดังกล่าวควบแน่นโดยมีอุณหภูมิลดลงและไม่มีออกซิเจน ปฏิกิริยาที่ไม่สมส่วนจะเกิดขึ้นในสถานะของแข็ง: อะตอมของอลูมิเนียมบางส่วนถูกออกซิไดซ์และผ่านเข้าสู่สถานะไตรวาเลนท์ตามปกติ และบางส่วนจะลดลง อลูมิเนียมมอนิวาเลนต์สามารถรีดิวซ์เป็นโลหะได้เท่านั้น: 3AlCl → 2Al + AlCl 3 ข้อสันนิษฐานนี้ยังได้รับการสนับสนุนจากรูปร่างคล้ายเกลียวของผลึกอะลูมิเนียมพื้นเมืองอีกด้วย โดยปกติแล้ว ผลึกของโครงสร้างนี้จะเกิดขึ้นเนื่องจากการเติบโตอย่างรวดเร็วจากเฟสก๊าซ มีแนวโน้มว่านักเก็ตอะลูมิเนียมขนาดเล็กจิ๋วในดินดวงจันทร์จะก่อตัวในลักษณะเดียวกัน
ชื่ออลูมิเนียมมาจากภาษาละติน alumen (ประเภท aluminis) ซึ่งเป็นชื่อของสารส้มดับเบิ้ลโพแทสเซียม-อลูมิเนียมซัลเฟต KAl(SO 4) 2 · 12H 2 O) ซึ่งใช้เป็นสารช่วยประคองสำหรับการย้อมผ้า ชื่อภาษาละตินอาจย้อนกลับไปถึงภาษากรีก "halme" - น้ำเกลือ, สารละลายเกลือ เป็นที่น่าแปลกใจว่าในอังกฤษอะลูมิเนียมก็คืออะลูมิเนียม และในสหรัฐอเมริกาก็คืออะลูมิเนียม
หนังสือเกี่ยวกับเคมียอดนิยมหลายเล่มมีตำนานเล่าว่านักประดิษฐ์คนหนึ่งซึ่งประวัติศาสตร์ไม่ได้รักษาชื่อไว้ได้นำไปให้จักรพรรดิทิเบเรียสซึ่งปกครองโรมในปีคริสตศักราช 14–27 ซึ่งเป็นชามที่ทำจากโลหะคล้ายสีเงิน แต่ ไฟแช็ก ของขวัญชิ้นนี้ทำให้อาจารย์เสียชีวิต: Tiberius สั่งให้ประหารชีวิตและทำลายเวิร์กช็อปเพราะเขากลัวว่าโลหะใหม่อาจทำให้มูลค่าเงินในคลังของจักรวรรดิอ่อนค่าลง
ตำนานนี้มีพื้นฐานมาจากเรื่องราวโดย Pliny the Elder นักเขียนและนักวิทยาศาสตร์ชาวโรมัน ประวัติศาสตร์ธรรมชาติ– สารานุกรมความรู้วิทยาศาสตร์ธรรมชาติสมัยโบราณ ตามที่ Pliny กล่าว โลหะชนิดใหม่นี้ได้มาจาก "ดินเหนียว" แต่ดินเหนียวมีอะลูมิเนียมอยู่
นักเขียนสมัยใหม่มักจะตั้งข้อสงวนว่าเรื่องราวทั้งหมดนี้ไม่มีอะไรมากไปกว่าเทพนิยายที่สวยงาม และไม่น่าแปลกใจเลยที่อลูมิเนียมในหินเกาะติดกับออกซิเจนอย่างแน่นหนา และต้องใช้พลังงานจำนวนมากเพื่อปลดปล่อยออกซิเจน อย่างไรก็ตาม เมื่อเร็วๆ นี้ มีข้อมูลใหม่เกี่ยวกับความเป็นไปได้ขั้นพื้นฐานในการได้รับอะลูมิเนียมโลหะในสมัยโบราณ จากการวิเคราะห์สเปกตรัม แสดงให้เห็นการตกแต่งบนหลุมศพของผู้บัญชาการชาวจีน Zhou-Zhu ซึ่งเสียชีวิตเมื่อต้นศตวรรษที่ 3 AD ทำจากโลหะผสมที่ประกอบด้วยอลูมิเนียม 85% คนโบราณสามารถรับอะลูมิเนียมฟรีได้หรือไม่? วิธีที่ทราบทั้งหมด (อิเล็กโทรไลซิส การลดปริมาณโซเดียมหรือโพแทสเซียมของโลหะ) จะถูกกำจัดโดยอัตโนมัติ อะลูมิเนียมพื้นเมืองสามารถพบได้ในสมัยโบราณ เช่น นักเก็ตทองคำ เงิน และทองแดงหรือไม่? นอกจากนี้ยังไม่รวม: อลูมิเนียมพื้นเมืองเป็นแร่ธาตุหายากซึ่งพบได้ในปริมาณเล็กน้อย ดังนั้นช่างฝีมือในสมัยโบราณจึงไม่สามารถค้นหาและรวบรวมนักเก็ตดังกล่าวในปริมาณที่ต้องการได้
อย่างไรก็ตาม ยังมีคำอธิบายอื่นสำหรับเรื่องราวของพลินีได้ อลูมิเนียมสามารถกู้คืนได้จากแร่ไม่เพียงแต่ด้วยความช่วยเหลือของไฟฟ้าและโลหะอัลคาไลเท่านั้น มีสารรีดิวซ์ที่มีจำหน่ายและใช้กันอย่างแพร่หลายมาตั้งแต่สมัยโบราณ - ถ่านหินด้วยความช่วยเหลือซึ่งทำให้ออกไซด์ของโลหะหลายชนิดถูกรีดิวซ์เป็นโลหะอิสระเมื่อถูกความร้อน ในช่วงปลายทศวรรษ 1970 นักเคมีชาวเยอรมันตัดสินใจทดสอบว่าอะลูมิเนียมสามารถผลิตได้ในสมัยโบราณหรือไม่โดยการลดปริมาณด้วยถ่านหิน พวกเขาอุ่นส่วนผสมของดินเหนียวด้วยผงถ่านหินและเกลือแกงหรือโปแตช (โพแทสเซียมคาร์บอเนต) ในเบ้าหลอมดินเหนียวจนเกิดความร้อนสีแดง เกลือได้มาจากน้ำทะเล และโปแตชจากเถ้าพืช เพื่อใช้เฉพาะสารและวิธีการที่มีในสมัยโบราณเท่านั้น หลังจากนั้นไม่นาน ตะกรันที่มีลูกบอลอลูมิเนียมก็ลอยไปที่พื้นผิวของเบ้าหลอม! ผลผลิตโลหะมีน้อย แต่เป็นไปได้ว่าด้วยวิธีนี้นักโลหะวิทยาในสมัยโบราณจะได้ “โลหะแห่งศตวรรษที่ 20”
คุณสมบัติของอะลูมิเนียมสีของอะลูมิเนียมบริสุทธิ์มีลักษณะคล้ายสีเงิน เป็นโลหะที่เบามาก มีความหนาแน่นเพียง 2.7 g/cm3 โลหะชนิดเดียวที่เบากว่าอะลูมิเนียมคือโลหะอัลคาไลและอัลคาไลน์เอิร์ธ (ยกเว้นแบเรียม) เบริลเลียม และแมกนีเซียม อลูมิเนียมก็ละลายได้ง่าย - ที่ 600 ° C (ลวดอลูมิเนียมบาง ๆ สามารถละลายได้ในเตาในครัวทั่วไป) แต่จะเดือดเพียง 2,452 ° C ในแง่ของการนำไฟฟ้าอลูมิเนียมอยู่ในอันดับที่ 4 รองจากเงินเท่านั้น (มัน อยู่ในอันดับแรก) ทองแดงและทองคำซึ่งเมื่อคำนึงถึงความราคาถูกของอลูมิเนียมจึงมีความสำคัญในทางปฏิบัติอย่างยิ่ง ค่าการนำความร้อนของโลหะเปลี่ยนแปลงไปในลำดับเดียวกัน ง่ายต่อการตรวจสอบการนำความร้อนสูงของอะลูมิเนียมโดยการจุ่มช้อนอะลูมิเนียมลงในชาร้อน และคุณสมบัติที่น่าทึ่งอีกอย่างหนึ่งของโลหะนี้: พื้นผิวเรียบมันสะท้อนแสงได้อย่างสมบูรณ์แบบ: จาก 80 ถึง 93% ในบริเวณที่มองเห็นได้ของสเปกตรัม ขึ้นอยู่กับความยาวคลื่น ในภูมิภาคอัลตราไวโอเลต อลูมิเนียมไม่มีค่าเท่ากันในเรื่องนี้ และเฉพาะในพื้นที่สีแดงเท่านั้นที่จะด้อยกว่าเงินเล็กน้อย (ในอัลตราไวโอเลต เงินมีการสะท้อนแสงต่ำมาก)
อลูมิเนียมบริสุทธิ์เป็นโลหะที่ค่อนข้างอ่อน - อ่อนกว่าทองแดงเกือบสามเท่า ดังนั้นแม้แผ่นและแท่งอลูมิเนียมที่มีความหนาค่อนข้างจะโค้งงอได้ง่าย แต่เมื่ออลูมิเนียมก่อตัวเป็นโลหะผสม (มีจำนวนมาก) ความแข็งของมันก็สามารถเพิ่มได้สิบเท่า
สถานะออกซิเดชันที่มีลักษณะเฉพาะของอลูมิเนียมคือ +3 แต่เนื่องจากการมีอยู่ของ 3 ที่ไม่ได้บรรจุ ร- และ 3 ง-ออร์บิทัล อะตอมของอะลูมิเนียมสามารถสร้างพันธะระหว่างผู้บริจาคและผู้รับเพิ่มเติมได้ ดังนั้นไอออน Al 3+ ที่มีรัศมีน้อยจึงมีแนวโน้มที่จะก่อตัวที่ซับซ้อนมาก โดยก่อตัวเป็นสารประกอบเชิงซ้อนประจุบวกและประจุลบที่หลากหลาย: AlCl 4 –, AlF 6 3–, 3+, Al(OH) 4 –, Al(OH) 6 3–, AlH 4 – และอื่นๆ อีกมากมาย คอมเพล็กซ์ที่มีสารประกอบอินทรีย์ก็เป็นที่รู้จักเช่นกัน
กิจกรรมทางเคมีของอลูมิเนียมสูงมาก ในชุดของศักย์ไฟฟ้าของอิเล็กโทรด มันจะอยู่ด้านหลังแมกนีเซียมทันที เมื่อมองแวบแรกข้อความดังกล่าวอาจดูแปลก: อย่างไรก็ตามกระทะหรือช้อนอลูมิเนียมค่อนข้างคงที่ในอากาศและไม่ยุบตัวในน้ำเดือด อลูมิเนียมไม่เหมือนเหล็กไม่เป็นสนิม ปรากฎว่าเมื่อสัมผัสกับอากาศโลหะจะถูกปกคลุมไปด้วย "เกราะ" ออกไซด์ที่ไม่มีสี บาง แต่ทนทานซึ่งช่วยปกป้องโลหะจากการเกิดออกซิเดชัน ดังนั้นหากคุณใส่ลวดอลูมิเนียมหรือแผ่นหนา 0.5–1 มม. เข้าไปในเปลวไฟของเตาโลหะจะละลาย แต่อลูมิเนียมจะไม่ไหลเนื่องจากยังคงอยู่ในถุงออกไซด์ หากคุณถอดฟิล์มป้องกันอลูมิเนียมออกหรือทำให้มันหลวม (เช่นโดยการแช่ในสารละลายเกลือปรอท) อลูมิเนียมจะเปิดเผยแก่นแท้ของมันทันที: ที่อุณหภูมิห้องมันจะเริ่มทำปฏิกิริยาอย่างแรงกับน้ำและปล่อยไฮโดรเจนออกมา : 2Al + 6H 2 O 2Al(OH) 3 + 3H 2 ในอากาศอลูมิเนียมที่ไม่มีฟิล์มป้องกันก่อนที่ดวงตาของเราจะกลายเป็นผงออกไซด์หลวม: 2Al + 3O 2 2Al 2 O 3 อลูมิเนียมมีฤทธิ์เป็นพิเศษในสภาวะที่ถูกบดละเอียด เมื่อถูกเป่าเป็นเปลวไฟ ฝุ่นอะลูมิเนียมจะไหม้ทันที หากคุณผสมฝุ่นอลูมิเนียมกับโซเดียมเปอร์ออกไซด์บนจานเซรามิกและหยดน้ำลงบนส่วนผสม อลูมิเนียมก็จะลุกเป็นไฟและลุกไหม้ด้วยเปลวไฟสีขาว
ความสัมพันธ์ระหว่างอลูมิเนียมกับออกซิเจนที่สูงมากทำให้สามารถ "ดึง" ออกซิเจนออกจากออกไซด์ของโลหะอื่นๆ จำนวนหนึ่งได้ ทำให้ออกซิเจนลดลง (วิธีอะลูมิเนียมอุณหภูมิ) ตัวอย่างที่มีชื่อเสียงที่สุดคือส่วนผสมของเทอร์ไมต์ในระหว่างการเผาไหม้ซึ่งมีการปล่อยความร้อนจำนวนมากจนทำให้เหล็กละลาย: 8Al + 3Fe 3 O 4 4Al 2 O 3 + 9Fe ปฏิกิริยานี้ถูกค้นพบในปี พ.ศ. 2399 โดย N.N. Beketov ด้วยวิธีนี้ Fe 2 O 3, CoO, NiO, MoO 3, V 2 O 5, SnO 2, CuO และออกไซด์อื่น ๆ อีกจำนวนหนึ่งสามารถลดลงเป็นโลหะได้ เมื่อลด Cr 2 O 3, Nb 2 O 5, Ta 2 O 5, SiO 2, TiO 2, ZrO 2, B 2 O 3 ด้วยอะลูมิเนียม ความร้อนของปฏิกิริยาไม่เพียงพอที่จะให้ความร้อนแก่ผลิตภัณฑ์ที่ทำปฏิกิริยาเหนือจุดหลอมเหลว
อลูมิเนียมละลายได้ง่ายในกรดแร่เจือจางเพื่อสร้างเกลือ กรดไนตริกเข้มข้นซึ่งออกซิไดซ์พื้นผิวของอลูมิเนียมช่วยเพิ่มความหนาและเสริมความแข็งแรงของฟิล์มออกไซด์ (ที่เรียกว่าฟิล์มทู่ของโลหะ) อลูมิเนียมที่ได้รับการบำบัดด้วยวิธีนี้จะไม่ทำปฏิกิริยาแม้แต่กับกรดไฮโดรคลอริกก็ตาม การใช้ออกซิเดชันขั้วบวกเคมีไฟฟ้า (อโนไดซ์) สามารถสร้างฟิล์มหนาบนพื้นผิวอลูมิเนียม ซึ่งสามารถทาสีด้วยสีต่างๆ ได้อย่างง่ายดาย
การแทนที่โลหะที่มีฤทธิ์น้อยด้วยอะลูมิเนียมจากสารละลายเกลือมักถูกขัดขวางด้วยฟิล์มป้องกันบนพื้นผิวอะลูมิเนียม ฟิล์มนี้ถูกทำลายอย่างรวดเร็วโดยคอปเปอร์คลอไรด์ ดังนั้นจึงเกิดปฏิกิริยาได้ง่าย
3CuCl 2 + 2Al 2AlCl 3 + 3Cu,
ซึ่งมาพร้อมกับความร้อนแรง ในสารละลายอัลคาไลเข้มข้น อลูมิเนียมจะละลายได้ง่ายเมื่อปล่อยไฮโดรเจนออกมา:
2Al + 6NaOH + 6H 2 O 2Na 3 + 3H 2
(คอมเพล็กซ์ไฮดรอกโซประจุลบอื่น ๆ ก็เกิดขึ้นเช่นกัน) ธรรมชาติของแอมโฟเทอริกของสารประกอบอะลูมิเนียมยังแสดงออกมาในการละลายอย่างง่ายดายของออกไซด์และไฮดรอกไซด์ที่ตกตะกอนใหม่ๆ ในด่าง ผลึกออกไซด์ (คอรันดัม) มีความทนทานต่อกรดและด่างได้ดีมาก เมื่อผสมกับอัลคาลิสจะเกิดอะลูมิเนตปราศจากน้ำ:
อัล 2 O 3 + 2NaOH 2NaAlO 2 + H 2 O
แมกนีเซียมอะลูมิเนต Mg(AlO 2) 2 เป็นหินสปิเนลกึ่งมีค่า มักมีสีเจือปนเป็นสีต่างๆ มากมาย
ปฏิกิริยาของอลูมิเนียมกับฮาโลเจนเกิดขึ้นอย่างรวดเร็ว หากนำลวดอลูมิเนียมบาง ๆ เข้าไปในหลอดทดลองที่มีโบรมีน 1 มล. หลังจากนั้นไม่นานอลูมิเนียมก็จะติดไฟและลุกไหม้ด้วยเปลวไฟที่สว่างจ้า ปฏิกิริยาของส่วนผสมของผงอลูมิเนียมและไอโอดีนเกิดขึ้นจากหยดน้ำ (น้ำที่มีไอโอดีนก่อให้เกิดกรดที่ทำลายฟิล์มออกไซด์) หลังจากนั้นเปลวไฟสว่างจะปรากฏขึ้นพร้อมกับเมฆไอโอดีนสีม่วง อะลูมิเนียมเฮไลด์ในสารละลายที่เป็นน้ำมีปฏิกิริยาเป็นกรดเนื่องจากการไฮโดรไลซิส: AlCl 3 + H 2 O Al(OH)Cl 2 + HCl
ปฏิกิริยาของอลูมิเนียมกับไนโตรเจนเกิดขึ้นที่สูงกว่า 800 ° C โดยมีการก่อตัวของไนไตรด์ AlN โดยมีซัลเฟอร์ - ที่ 200 ° C (เกิดซัลไฟด์ Al 2 S 3) โดยมีฟอสฟอรัส - ที่ 500 ° C (เกิดฟอสไฟด์ AlP) เมื่อเติมโบรอนลงในอลูมิเนียมหลอมเหลว จะเกิดโบไรด์ขององค์ประกอบ AlB 2 และ AlB 12 ซึ่งเป็นสารประกอบทนไฟที่ทนทานต่อกรด ไฮไดรด์ (AlH) x (x = 1.2) เกิดขึ้นเฉพาะในสุญญากาศที่อุณหภูมิต่ำในปฏิกิริยาของอะตอมไฮโดรเจนกับไออะลูมิเนียม AlH 3 ไฮไดรด์ซึ่งมีความเสถียรในกรณีที่ไม่มีความชื้นที่อุณหภูมิห้องนั้นได้มาจากสารละลายอีเทอร์ปราศจากน้ำ: AlCl 3 + LiH AlH 3 + 3LiCl เมื่อ LiH มากเกินไป จะทำให้เกิดลิเธียมอลูมิเนียมไฮไดรด์ที่มีลักษณะคล้ายเกลือ LiAlH 4 ซึ่งเป็นสารรีดิวซ์ที่แข็งแกร่งมากซึ่งใช้ในการสังเคราะห์สารอินทรีย์ มันสลายตัวทันทีด้วยน้ำ: LiAlH 4 + 4H 2 O LiOH + Al(OH) 3 + 4H 2
การผลิตอลูมิเนียมเอกสารการค้นพบอะลูมิเนียมเกิดขึ้นในปี พ.ศ. 2368 โลหะนี้ได้มาครั้งแรกโดยนักฟิสิกส์ชาวเดนมาร์ก ฮันส์ คริสเตียน เออร์สเตด เมื่อเขาแยกมันออกโดยการกระทำของโพแทสเซียมอะมัลกัมบนอะลูมิเนียมคลอไรด์ปราศจากน้ำ (ได้มาจากการส่งคลอรีนผ่านส่วนผสมร้อนของอะลูมิเนียมออกไซด์และถ่านหิน ). หลังจากกลั่นสารปรอทแล้ว Oersted ก็ได้อะลูมิเนียมแม้ว่าจะมีการปนเปื้อนด้วยสิ่งเจือปนก็ตาม ในปี พ.ศ. 2370 ฟรีดริช เวอเลอร์ นักเคมีชาวเยอรมันได้รับอะลูมิเนียมในรูปแบบผงโดยรีดิวซ์เฮกซะฟลูออโรอะลูมิเนตด้วยโพแทสเซียม:
นา 3 อัลเอฟ 6 + 3K อัล + 3NaF + 3KF
ต่อมาเขาได้รับอลูมิเนียมในรูปของลูกบอลโลหะมันเงา ในปี ค.ศ. 1854 นักเคมีชาวฝรั่งเศส Henri Etienne Saint-Clair Deville ได้พัฒนาวิธีการทางอุตสาหกรรมวิธีแรกในการผลิตอะลูมิเนียม โดยลดการละลายของเตตราคลอโรอะลูมิเนตด้วยโซเดียม: NaAlCl 4 + 3Na Al + 4NaCl อย่างไรก็ตาม อลูมิเนียมยังคงเป็นโลหะที่หายากและมีราคาแพงมาก มันไม่ได้ถูกกว่าทองคำมากนักและแพงกว่าเหล็กถึง 1,500 เท่า (ตอนนี้เพียงสามเท่า) ของเล่นเขย่ามือทำจากทองคำ อะลูมิเนียม และอัญมณีล้ำค่าในช่วงทศวรรษ 1850 เพื่อมอบให้กับพระราชโอรสของจักรพรรดินโปเลียนที่ 3 แห่งฝรั่งเศส เมื่อมีการจัดแสดงแท่งอลูมิเนียมขนาดใหญ่ที่ผลิตโดยวิธีการใหม่ในงานนิทรรศการโลกในกรุงปารีสเมื่อปี พ.ศ. 2398 ก็ถูกมองว่าเป็นอัญมณี ส่วนบน (ในรูปปิรามิด) ของอนุสาวรีย์วอชิงตันในเมืองหลวงของสหรัฐอเมริกาทำจากอลูมิเนียมอันล้ำค่า ในเวลานั้นอลูมิเนียมไม่ได้ถูกกว่าเงินมากนักเช่นในสหรัฐอเมริกาในปี พ.ศ. 2399 ขายในราคา 12 ดอลลาร์ต่อปอนด์ (454 กรัม) และเงินในราคา 15 ดอลลาร์ ในเล่มที่ 1 ของหนังสือชื่อดัง พจนานุกรมสารานุกรม Brockhaus ตีพิมพ์ในปี พ.ศ. 2433 Efron กล่าวว่า "อลูมิเนียมยังคงใช้เป็นหลักในการผลิต... สินค้าฟุ่มเฟือย" เมื่อถึงเวลานั้น มีการขุดโลหะเพียง 2.5 ตันต่อปีทั่วโลก เฉพาะช่วงปลายศตวรรษที่ 19 เท่านั้น เมื่อมีการพัฒนาวิธีอิเล็กโทรไลต์สำหรับการผลิตอะลูมิเนียม การผลิตต่อปีเริ่มมีจำนวนหลายพันตัน และในศตวรรษที่ 20 – ล้านตัน สิ่งนี้เปลี่ยนอะลูมิเนียมจากโลหะกึ่งมีค่าไปเป็นโลหะที่หาได้ทั่วไป
วิธีการผลิตอะลูมิเนียมสมัยใหม่ถูกค้นพบในปี พ.ศ. 2429 โดย Charles Martin Hall นักวิจัยหนุ่มชาวอเมริกัน เขาเริ่มสนใจวิชาเคมีตั้งแต่ยังเป็นเด็ก เมื่อพบหนังสือเรียนวิชาเคมีเก่าของพ่อ เขาจึงเริ่มศึกษาและทำการทดลองอย่างขยันขันแข็ง ครั้งหนึ่งถึงกับถูกแม่ดุว่าทำลายผ้าปูโต๊ะสำหรับทานอาหารเย็น และ 10 ปีต่อมา เขาได้ค้นพบสิ่งที่โดดเด่นจนทำให้เขาโด่งดังไปทั่วโลก
เมื่อตอนเป็นนักเรียนอายุ 16 ปี Hall ได้ยินจากอาจารย์ของเขา F.F. Jewett ว่าถ้าใครสามารถพัฒนาวิธีการผลิตอะลูมิเนียมที่ประหยัดได้ คนๆ นั้นไม่เพียงแต่จะให้บริการที่ดีเยี่ยมต่อมนุษยชาติเท่านั้น แต่ยังสร้างโชคลาภมหาศาลอีกด้วย Jewett รู้ว่าเขาพูดอะไร: เขาเคยฝึกฝนในเยอรมนี ทำงานร่วมกับ Wöhler และพูดคุยกับเขาเกี่ยวกับปัญหาในการผลิตอะลูมิเนียม จิวเวตต์ยังได้นำตัวอย่างโลหะหายากนี้มาด้วยที่อเมริกา ซึ่งเขาแสดงให้นักเรียนของเขาดู ทันใดนั้นฮอลล์ก็ประกาศต่อสาธารณะ: “ฉันจะได้โลหะนี้!”
การทำงานหนักหกปีดำเนินต่อไป ฮอลล์พยายามหาอะลูมิเนียมโดยใช้วิธีการต่างๆ แต่ก็ไม่ประสบผลสำเร็จ ในที่สุด เขาพยายามแยกโลหะนี้ออกด้วยกระแสไฟฟ้า ในเวลานั้นไม่มีโรงไฟฟ้า กระแสไฟฟ้าต้องถูกสร้างขึ้นโดยใช้แบตเตอรี่โฮมเมดขนาดใหญ่จากถ่านหิน สังกะสี กรดไนตริก และกรดซัลฟิวริก ฮอลล์ทำงานในโรงนาที่เขาตั้งห้องทดลองเล็กๆ เขาได้รับความช่วยเหลือจากน้องสาวของเขา Julia ซึ่งสนใจการทดลองของพี่ชายของเธอมาก เธอเก็บจดหมายและบันทึกการทำงานทั้งหมดของเขาไว้ ซึ่งทำให้สามารถติดตามประวัติความเป็นมาของการค้นพบได้อย่างแท้จริงในแต่ละวัน นี่คือข้อความที่ตัดตอนมาจากบันทึกความทรงจำของเธอ:
“ชาร์ลส์มักจะอารมณ์ดีอยู่เสมอ และแม้แต่ในวันที่เลวร้ายที่สุด เขาก็ยังสามารถหัวเราะกับชะตากรรมของนักประดิษฐ์ที่โชคร้ายได้ ในช่วงเวลาแห่งความล้มเหลว เขาพบความปลอบใจที่เปียโนตัวเก่าของเรา ในห้องทดลองที่บ้านของเขา เขาทำงานเป็นเวลานานหลายชั่วโมงโดยไม่หยุดพัก และเมื่อเขาออกจากฉากได้สักพักเขาก็จะรีบวิ่งข้ามบ้านอันยาวไกลของเราไปเล่นสักหน่อย... ฉันรู้ว่าเมื่อเล่นด้วยเสน่ห์และความรู้สึกเช่นนี้ เขามักจะคิดถึงงานของเขาอยู่ตลอดเวลา และดนตรีก็ช่วยเขาในเรื่องนี้”
สิ่งที่ยากที่สุดคือการเลือกอิเล็กโทรไลต์และปกป้องอะลูมิเนียมจากการเกิดออกซิเดชัน หลังจากเหน็ดเหนื่อยมาหกเดือน ในที่สุดลูกบอลเงินขนาดเล็กหลายลูกก็ปรากฏตัวขึ้นในเบ้าหลอม ฮอลรีบวิ่งไปหาครูเก่าของเขาทันทีเพื่อเล่าถึงความสำเร็จของเขา “ศาสตราจารย์ ฉันเข้าใจแล้ว!” เขาอุทานและยื่นมือออกมา: บนฝ่ามือของเขามีลูกบอลอลูมิเนียมขนาดเล็กจำนวนหนึ่งวางอยู่ สิ่งนี้เกิดขึ้นเมื่อวันที่ 23 กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2429 และสองเดือนต่อมาในวันที่ 23 เมษายนของปีเดียวกัน Paul Hérouxชาวฝรั่งเศสได้จดสิทธิบัตรสำหรับการประดิษฐ์ที่คล้ายกันซึ่งเขาทำขึ้นอย่างอิสระและเกือบจะพร้อมกัน (เรื่องบังเอิญอีกสองเรื่องก็น่าทึ่งเช่นกัน: ทั้ง Hall และHérouxเกิดในปี พ.ศ. 2406 และเสียชีวิตในปี พ.ศ. 2457)
ตอนนี้ลูกบอลอลูมิเนียมลูกแรกที่ผลิตโดย Hall ถูกเก็บไว้ที่ American Aluminium Company ในพิตต์สเบิร์กเพื่อเป็นของที่ระลึกของชาติ และที่วิทยาลัยของเขามีอนุสาวรีย์ของ Hall หล่อจากอลูมิเนียม จิวเวตต์เขียนในเวลาต่อมาว่า “การค้นพบที่สำคัญที่สุดของฉันคือการค้นพบมนุษย์ Charles M. Hall เป็นผู้ค้นพบวิธีการลดอะลูมิเนียมจากแร่เมื่ออายุ 21 ปี จึงทำให้อะลูมิเนียมเป็นโลหะมหัศจรรย์ซึ่งปัจจุบันใช้กันอย่างแพร่หลายทั่วโลก” คำทำนายของจิวเวทต์เป็นจริง: ฮอลล์ได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวางและกลายเป็นสมาชิกกิตติมศักดิ์ของสมาคมวิทยาศาสตร์หลายแห่ง แต่ชีวิตส่วนตัวของเขาไม่ประสบความสำเร็จ: เจ้าสาวไม่ต้องการตกลงกับความจริงที่ว่าคู่หมั้นของเธอใช้เวลาทั้งหมดอยู่ในห้องทดลองและยกเลิกการหมั้นหมาย ฮอลล์พบความปลอบใจในวิทยาลัยบ้านเกิดของเขา ซึ่งเขาทำงานมาตลอดชีวิต ดังที่พี่ชายของชาร์ลส์เขียนว่า “วิทยาลัยคือภรรยาของเขา ลูกๆ ของเขา และทุกสิ่งทุกอย่าง—ทั้งชีวิตของเขา” ฮอลล์มอบมรดกส่วนใหญ่ของเขาให้กับวิทยาลัย - 5 ล้านดอลลาร์ ฮอลล์เสียชีวิตด้วยโรคมะเร็งเม็ดเลือดขาวเมื่ออายุ 51 ปี
วิธีการของฮอลล์ทำให้สามารถผลิตอะลูมิเนียมที่มีราคาไม่แพงนักในปริมาณมากโดยใช้ไฟฟ้าได้ หากตั้งแต่ปี 1855 ถึง 1890 ได้รับอะลูมิเนียมเพียง 200 ตัน ในทศวรรษหน้าตามวิธีของ Hall ก็สามารถได้รับโลหะนี้ไปแล้ว 28,000 ตันทั่วโลก! ภายในปี 1930 การผลิตอลูมิเนียมทั่วโลกต่อปีสูงถึง 300,000 ตัน ปัจจุบันมีการผลิตอลูมิเนียมมากกว่า 15 ล้านตันต่อปี ในอ่างพิเศษที่อุณหภูมิ 960–970 ° C สารละลายของอลูมินา (เทคนิค Al 2 O 3) ใน cryolite หลอมเหลว Na 3 AlF 6 ซึ่งถูกขุดบางส่วนในรูปแบบของแร่และสังเคราะห์บางส่วนเป็นพิเศษ สู่กระแสไฟฟ้า อลูมิเนียมเหลวสะสมที่ด้านล่างของอ่าง (แคโทด) ออกซิเจนจะถูกปล่อยออกมาที่ขั้วบวกของคาร์บอนซึ่งจะค่อยๆเผาไหม้ ที่แรงดันไฟฟ้าต่ำ (ประมาณ 4.5 V) อิเล็กโทรไลเซอร์ใช้กระแสไฟฟ้ามหาศาล - สูงถึง 250,000 A! อิเล็กโทรไลเซอร์หนึ่งเครื่องผลิตอะลูมิเนียมได้ประมาณหนึ่งตันต่อวัน การผลิตต้องใช้ไฟฟ้าจำนวนมาก โดยต้องใช้ไฟฟ้า 15,000 กิโลวัตต์-ชั่วโมงเพื่อผลิตโลหะ 1 ตัน อาคารอพาร์ตเมนต์ขนาดใหญ่ 150 ห้องมีการใช้ไฟฟ้าจำนวนนี้ตลอดทั้งเดือน การผลิตอะลูมิเนียมเป็นอันตรายต่อสิ่งแวดล้อม เนื่องจากอากาศในชั้นบรรยากาศปนเปื้อนด้วยสารประกอบฟลูออรีนที่ระเหยง่าย
การประยุกต์ใช้อลูมิเนียมนอกจากนี้ ดี.ไอ. Mendeleev เขียนว่า "อะลูมิเนียมโลหะ ซึ่งมีน้ำหนักเบาและแข็งแรงมาก และความแปรปรวนของอากาศต่ำ เหมาะมากสำหรับผลิตภัณฑ์บางอย่าง" อลูมิเนียมเป็นโลหะชนิดหนึ่งที่พบมากที่สุดและถูกที่สุด เป็นการยากที่จะจินตนาการถึงชีวิตสมัยใหม่โดยปราศจากมัน ไม่น่าแปลกใจเลยที่อลูมิเนียมถูกเรียกว่าโลหะแห่งศตวรรษที่ 20 มันเหมาะกับการประมวลผล: การตี การปั๊ม การรีด การดึง และการกด อลูมิเนียมบริสุทธิ์เป็นโลหะที่ค่อนข้างอ่อน ใช้ทำสายไฟ ชิ้นส่วนโครงสร้าง ฟอยล์อาหาร อุปกรณ์เครื่องครัว และสี "สีเงิน" โลหะที่สวยงามและน้ำหนักเบานี้ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในเทคโนโลยีการก่อสร้างและการบิน อลูมิเนียมสะท้อนแสงได้ดีมาก ดังนั้นจึงใช้ทำกระจกโดยใช้วิธีการตกตะกอนโลหะในสุญญากาศ
ในวิศวกรรมอากาศยานและวิศวกรรมเครื่องกล ในการผลิตโครงสร้างอาคาร มีการใช้อลูมิเนียมอัลลอยด์ที่มีความแข็งกว่ามาก สิ่งที่มีชื่อเสียงที่สุดคือโลหะผสมของอลูมิเนียมผสมกับทองแดงและแมกนีเซียม (ดูราลูมินหรือเรียกง่ายๆ ว่า "ดูราลูมิน" ชื่อนี้มาจากเมืองดูเรนในประเทศเยอรมนี) หลังจากการชุบแข็ง โลหะผสมนี้จะได้รับความแข็งพิเศษและแข็งแรงกว่าอะลูมิเนียมบริสุทธิ์ประมาณ 7 เท่า ในขณะเดียวกันก็เบากว่าเหล็กเกือบสามเท่า ได้มาจากการผสมอลูมิเนียมกับการเติมทองแดง แมกนีเซียม แมงกานีส ซิลิคอน และเหล็กเล็กน้อย Silumins ใช้กันอย่างแพร่หลาย - โลหะผสมหล่อของอลูมิเนียมและซิลิคอน นอกจากนี้ยังมีการผลิตโลหะผสมที่มีความแข็งแรงสูง ทนต่อความเย็นจัด (ทนต่อความเย็นจัด) และทนความร้อนอีกด้วย สารเคลือบป้องกันและตกแต่งสามารถนำไปใช้กับผลิตภัณฑ์ที่ทำจากอลูมิเนียมอัลลอยด์ได้อย่างง่ายดาย ความเบาและความแข็งแกร่งของอลูมิเนียมอัลลอยด์มีประโยชน์อย่างยิ่งในเทคโนโลยีการบิน ตัวอย่างเช่น โรเตอร์ของเฮลิคอปเตอร์ทำจากโลหะผสมของอลูมิเนียม แมกนีเซียม และซิลิคอน อลูมิเนียมบรอนซ์ที่ค่อนข้างราคาถูก (สูงถึง 11% Al) มีคุณสมบัติเชิงกลสูง มีความเสถียรในน้ำทะเลและแม้กระทั่งในกรดไฮโดรคลอริกเจือจาง ตั้งแต่ปีพ. ศ. 2469 ถึง พ.ศ. 2500 เหรียญในสกุลเงิน 1, 2, 3 และ 5 โกเปคถูกสร้างขึ้นจากอลูมิเนียมบรอนซ์ในสหภาพโซเวียต
ปัจจุบัน หนึ่งในสี่ของอะลูมิเนียมทั้งหมดถูกใช้ในการก่อสร้าง ส่วนวิศวกรรมการขนส่งใช้ในปริมาณเท่ากัน ประมาณ 17% ใช้กับวัสดุบรรจุภัณฑ์และกระป๋อง และ 10% ใช้กับวิศวกรรมไฟฟ้า
ส่วนผสมที่ติดไฟและระเบิดได้หลายชนิดยังมีอะลูมิเนียมอยู่ด้วย Alumotol ซึ่งเป็นส่วนผสมหล่อของไตรไนโตรโทลูอีนและผงอะลูมิเนียม เป็นหนึ่งในวัตถุระเบิดทางอุตสาหกรรมที่ทรงพลังที่สุด แอมโมนัลเป็นสารระเบิดที่ประกอบด้วยแอมโมเนียมไนเตรต ไตรไนโตรโทลูอีน และผงอลูมิเนียม องค์ประกอบของเพลิงไหม้ประกอบด้วยอะลูมิเนียมและสารออกซิไดซ์ - ไนเตรต, เปอร์คลอเรต องค์ประกอบของดอกไม้ไฟ Zvezdochka ยังมีอลูมิเนียมผงอีกด้วย
ส่วนผสมของผงอลูมิเนียมกับโลหะออกไซด์ (เทอร์ไมต์) ใช้ในการผลิตโลหะและโลหะผสมบางชนิด สำหรับรางเชื่อม และในกระสุนเพลิง
อลูมิเนียมยังพบว่ามีประโยชน์จริงเป็นเชื้อเพลิงจรวด หากต้องการเผาอะลูมิเนียม 1 กิโลกรัมจนหมด ต้องใช้ออกซิเจนน้อยกว่าน้ำมันก๊าด 1 กิโลกรัมเกือบสี่เท่า นอกจากนี้ อลูมิเนียมสามารถออกซิไดซ์ได้ไม่เพียงแต่โดยออกซิเจนอิสระเท่านั้น แต่ยังโดยออกซิเจนที่จับกันซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของน้ำหรือคาร์บอนไดออกไซด์อีกด้วย เมื่ออะลูมิเนียม “ไหม้” ในน้ำ จะมีการปล่อย 8800 กิโลจูลต่อผลิตภัณฑ์ 1 กิโลกรัม ซึ่งน้อยกว่าในระหว่างการเผาไหม้ของโลหะในออกซิเจนบริสุทธิ์ 1.8 เท่า แต่มากกว่าในระหว่างการเผาไหม้ในอากาศถึง 1.3 เท่า ซึ่งหมายความว่าแทนที่จะใช้สารประกอบที่เป็นอันตรายและมีราคาแพง น้ำธรรมดาสามารถใช้เป็นตัวออกซิไดเซอร์สำหรับเชื้อเพลิงดังกล่าวได้ แนวคิดในการใช้อะลูมิเนียมเป็นเชื้อเพลิงถูกเสนอในปี 1924 โดยนักวิทยาศาสตร์และนักประดิษฐ์ในประเทศ F.A. Tsander ตามแผนของเขา คุณสามารถใช้องค์ประกอบอลูมิเนียมของยานอวกาศเป็นเชื้อเพลิงเพิ่มเติมได้ โครงการที่กล้าหาญนี้ยังไม่ได้ถูกนำไปใช้จริง แต่เชื้อเพลิงจรวดแข็งที่เป็นที่รู้จักส่วนใหญ่ในปัจจุบันประกอบด้วยอลูมิเนียมโลหะในรูปของผงละเอียด การเติมอลูมิเนียม 15% ลงในเชื้อเพลิงสามารถเพิ่มอุณหภูมิของผลิตภัณฑ์การเผาไหม้ได้หนึ่งพันองศา (จาก 2200 ถึง 3200 K) อัตราการไหลของผลิตภัณฑ์การเผาไหม้จากหัวฉีดของเครื่องยนต์เพิ่มขึ้นอย่างเห็นได้ชัดซึ่งเป็นตัวบ่งชี้พลังงานหลักที่กำหนดประสิทธิภาพของเชื้อเพลิงจรวด ในเรื่องนี้มีเพียงลิเธียมเบริลเลียมและแมกนีเซียมเท่านั้นที่สามารถแข่งขันกับอลูมิเนียมได้ แต่ทั้งหมดนี้มีราคาแพงกว่าอลูมิเนียมมาก
สารประกอบอลูมิเนียมยังใช้กันอย่างแพร่หลาย อลูมิเนียมออกไซด์เป็นวัสดุทนไฟและมีฤทธิ์กัดกร่อน (กากกะรุน) ซึ่งเป็นวัตถุดิบสำหรับการผลิตเซรามิก นอกจากนี้ยังใช้ในการผลิตวัสดุเลเซอร์ ตลับลูกปืนนาฬิกา และหินอัญมณี (ทับทิมเทียม) อลูมิเนียมออกไซด์ที่ผ่านการเผาเป็นตัวดูดซับสำหรับการทำให้ก๊าซและของเหลวบริสุทธิ์ และเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาสำหรับปฏิกิริยาอินทรีย์จำนวนหนึ่ง แอนไฮดรัสอะลูมิเนียมคลอไรด์เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาในการสังเคราะห์สารอินทรีย์ (ปฏิกิริยาฟรีเดล-คราฟต์) ซึ่งเป็นวัสดุเริ่มต้นสำหรับการผลิตอะลูมิเนียมที่มีความบริสุทธิ์สูง อลูมิเนียมซัลเฟตใช้สำหรับทำน้ำให้บริสุทธิ์ ทำปฏิกิริยากับแคลเซียมไบคาร์บอเนตประกอบด้วย:
อัล 2 (SO 4) 3 + 3Ca(HCO 3) 2 2AlO(OH) + 3CaSO 4 + 6CO 2 + 2H 2 O,
มันก่อตัวเป็นเกล็ดออกไซด์ไฮดรอกไซด์ซึ่งจะตกตะกอนจับและดูดซับสิ่งเจือปนที่แขวนลอยในน้ำและแม้แต่จุลินทรีย์บนพื้นผิว นอกจากนี้ อะลูมิเนียมซัลเฟตยังใช้เป็นสารประชดสำหรับการย้อมผ้า ฟอกหนัง ถนอมไม้ และกระดาษปรับขนาด แคลเซียมอะลูมิเนตเป็นส่วนประกอบของวัสดุประสาน รวมถึงปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ อิตเทรียมอะลูมิเนียมโกเมน (YAG) YAlO 3 เป็นวัสดุเลเซอร์ อลูมิเนียมไนไตรด์เป็นวัสดุทนไฟสำหรับเตาไฟฟ้า ซีโอไลต์สังเคราะห์ (อยู่ในอะลูมิโนซิลิเกต) เป็นตัวดูดซับในโครมาโตกราฟีและตัวเร่งปฏิกิริยา สารประกอบออร์กาโนอะลูมิเนียม (เช่น ไตรเอทิลอะลูมิเนียม) เป็นส่วนประกอบของตัวเร่งปฏิกิริยา Ziegler-Natta ซึ่งใช้สำหรับการสังเคราะห์โพลีเมอร์ รวมถึงยางสังเคราะห์คุณภาพสูง
การจำแนกประเภทและคุณสมบัติพื้นฐานของโลหะ: ศักยภาพในการแตกตัวเป็นไอออนต่ำและใช้เป็นสารรีดิวซ์ คุณสมบัติของโครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์และตำแหน่งในตารางธาตุ การศึกษาอโลหะจากซิลิคอนและสารประกอบของมัน
ซูร์กุตสกี้ มหาวิทยาลัยของรัฐภาควิชาเคมีบทคัดย่อ
