Aluminiul și aplicațiile sale. Proprietăți și aplicații ale aluminiului. Principalele elemente de aliere din aliajele de aluminiu și funcțiile acestora

agentie federala prin educația Federației Ruse

Universitatea Tehnologică de Stat

„Institutul de oțel și aliaje din Moscova”

Olimpiada școlară rusă

"Tehnologii inovatoareși știința materialelor"

Etapa a II-a: Concurs științific și de creație

Direcție (profil):

"Știința materialelor și tehnologia materialelor noi"

"Proprietățile aluminiului și aplicații în industrie și viața de zi cu zi"

Am facut treaba:

Zaitsev Viktor Vladislavovici

Moscova, 2009

1. Introducere

4. Utilizarea aluminiului și a aliajelor sale în industrie și viața de zi cu zi

4.1 Aviația

4.2 Constructii navale

4.3 Transport feroviar

4.4 Transport rutier

4.5 Construcție

4.6 Ulei și industria chimica

4.7 Vase de gătit din aluminiu

5. Concluzie

5.1. Aluminiul este materialul viitorului

6. Lista literaturii folosite

1. Introducere

În eseul meu pe tema „Proprietățile aluminiului și aplicațiile în industrie și viața de zi cu zi”, aș dori să subliniez particularitatea acestui metal și superioritatea lui față de altele. Întregul meu text este dovada că aluminiul este metalul viitorului și fără el dezvoltarea noastră ulterioară va fi dificilă.

1.1 Definiția generală a aluminiului

Aluminiu ( lat. Aluminiu, din alamen - alaun) - un element chimic III gr. sistem periodic, număr atomic 13, masă atomică 26,98154. Metal alb-argintiu, ușor, ductil, cu conductivitate electrică ridicată, tm = 660 °C. Activ chimic (acoperit cu o peliculă protectoare de oxid în aer). În ceea ce privește prevalența în natură, se situează pe locul 3 în rândul elementelor și pe locul 1 în rândul metalelor (8,8% din masa scoarței terestre). In ceea ce priveste conductivitatea electrica, aluminiul se afla pe locul 4, al doilea dupa argint (este pe primul loc), cuprul si aurul, care, dat fiind pretul mic al aluminiului, are o mare importanta practica. Există de două ori mai mult aluminiu decât fierul și de 350 de ori mai mult decât cupru, zinc, crom, staniu și plumb combinate. Densitatea sa este de numai 2,7 * 10 3 kg/m 3 . Aluminiul are o rețea cubică centrată pe față și este stabil la temperaturi de la -269 °C până la punctul de topire (660 °C). Conductivitatea termică este la 24°C 2,37 W×cm -1 ×K -1 . Rezistența electrică a aluminiului de înaltă puritate (99,99%) la 20°C este de 2,6548×10 -8 Ohm×m, sau 65% din rezistența electrică a standardului internațional de cupru recoapt. Reflexivitatea suprafeței lustruite este de peste 90%.

1.2 Istoricul producției de aluminiu

Descoperirea documentată a aluminiului a avut loc în 1825. Fizicianul danez Hans Christian Oersted a obținut pentru prima dată acest metal când l-a izolat prin acțiunea amalgamului de potasiu pe clorură de aluminiu anhidru (obținut prin trecerea clorului printr-un amestec fierbinte de oxid de aluminiu și cărbune). După ce a alungat mercurul, Oersted a obținut totuși aluminiu contaminat cu impurități. În 1827, chimistul german Friedrich Wöhler a obținut aluminiu sub formă de pulbere prin reducerea hexafluoraluminatului de potasiu. Mod modern producția de aluminiu a fost descoperită în 1886 de un tânăr explorator american, Charles Martin Hall. (Din 1855 până în 1890 s-au obținut doar 200 de tone de aluminiu, iar în următorul deceniu, 28.000 de tone din acest metal au fost obținute în întreaga lume prin metoda Hall.) Aluminiul cu o puritate de peste 99,99% a fost obținut pentru prima dată prin electroliză în 1920. În 1925, Edwards a publicat câteva informații despre proprietățile fizice și mecanice ale unui astfel de aluminiu. În 1938 Taylor, Willey, Smith și Edwards au publicat un articol care oferă unele dintre proprietățile aluminiului cu puritate de 99,996%, obținut și în Franța prin electroliză. Prima ediție a monografiei despre proprietățile aluminiului a fost publicată în 1967. Până de curând, se credea că aluminiul, ca metal foarte activ, nu poate apărea în natură în stare liberă, ci în 1978. în rocile platformei siberiei s-a găsit aluminiu nativ - sub formă de mustăți de numai 0,5 mm lungime (cu o grosime a firului de câțiva micrometri). În solul lunar, livrat pe Pământ din regiunile Mărilor Crizei și Abundenței, a fost posibil și detectarea aluminiului nativ. Se presupune că aluminiul metalic poate fi format prin condensare din gaz. Cu o creștere puternică a temperaturii, halogenurile de aluminiu se descompun, trecând într-o stare cu o valență mai mică a metalului, de exemplu, AlCl. Când un astfel de compus se condensează cu scăderea temperaturii și absența oxigenului, în faza solidă are loc o reacție de disproporționare: unii dintre atomii de aluminiu sunt oxidați și trec în starea trivalentă obișnuită, iar unii sunt redusi. Aluminiul monovalent poate fi redus doar la metal: 3AlCl > 2Al + AlCl 3 . Această ipoteză este susținută și de forma filamentoasă a cristalelor native de aluminiu. De obicei, cristalele cu această structură se formează datorită creșterii rapide din faza gazoasă. Probabil, pepitele microscopice de aluminiu în solul lunar s-au format într-un mod similar.

2. Clasificarea aluminiului după gradul de puritate și proprietățile sale mecanice

În anii următori, datorită uşurinţei relative de preparare şi proprietăţilor atractive, au fost publicate multe lucrări despre proprietăţile aluminiului. Aluminiul pur și-a găsit o largă aplicație în special în electronică - de la condensatoare electrolitice până la vârful ingineriei electronice - microprocesoare; în crioelectronică, criomagnetică. Metodele mai noi de obținere a aluminiului pur sunt metoda de purificare a zonei, cristalizarea din amalgame (aliaje de aluminiu cu mercur) și izolarea din soluții alcaline. Gradul de puritate al aluminiului este controlat de valoarea rezistenței electrice la temperaturi scăzute. În prezent, se utilizează următoarea clasificare a aluminiului în funcție de gradul de puritate:

Proprietățile mecanice ale aluminiului la temperatura camerei:

3. Principalele elemente de aliere din aliajele de aluminiu și funcțiile acestora

Aluminiul pur este un metal destul de moale - de aproape trei ori mai moale decât cuprul, astfel încât chiar și plăcile și tijele de aluminiu relativ groase sunt ușor de îndoit, dar atunci când aluminiul formează aliaje (există un număr mare de ele), duritatea sa poate crește de zece ori. Cele mai utilizate pe scară largă:

Se adaugă beriliu pentru a reduce oxidarea la temperaturi ridicate. Mici adaosuri de beriliu (0,01 - 0,05%) sunt folosite în aliajele de turnare de aluminiu pentru a îmbunătăți fluiditatea în producția de piese pentru motoarele cu ardere internă (piston, chiulasa).

Borul este introdus pentru a crește conductivitatea electrică și ca aditiv de rafinare. Borul este introdus în aliajele de aluminiu utilizate în energie nucleara(cu excepția părților din reactoare), deoarece absoarbe neutronii, împiedicând răspândirea radiațiilor. Borul este introdus în medie în cantitate de 0,095 - 0,1%.

Bismut. Metalele cu punct de topire scăzut, cum ar fi bismutul, plumbul, staniul, cadmiul sunt adăugate aliajelor de aluminiu pentru a îmbunătăți prelucrabilitatea. Aceste elemente formează faze moi fuzibile care contribuie la spargerea așchiilor și la lubrifierea tăietorului.

Galiul se adaugă în cantitate de 0,01 - 0,1% aliajelor din care sunt fabricați în continuare anozii de sacrificiu.

Fier. În cantități mici (>0,04%) este introdus în timpul producției de fire pentru a crește rezistența și a îmbunătăți caracteristicile de fluaj. De asemenea, fierul reduce lipirea de pereții matrițelor atunci când turnați într-o matriță de răcire.

Indiu. Adăugarea a 0,05 - 0,2% întărește aliajele de aluminiu în timpul îmbătrânirii, în special la conținut scăzut de cupru. Aditivii de indiu sunt utilizați în aliajele pentru rulmenți aluminiu-cadmiu.

Se adaugă aproximativ 0,3% cadmiu pentru a crește rezistența și a îmbunătăți proprietățile de coroziune ale aliajelor.

Calciul dă plasticitate. Cu un conținut de calciu de 5%, aliajul are efect de superplasticitate.

Siliciul este cel mai utilizat aditiv în aliajele de turnătorie. În cantitate de 0,5 - 4% reduce tendința de crăpare. Combinația de siliciu și magneziu face posibilă etanșarea la căldură a aliajului.

Magneziu. Adăugarea de magneziu crește semnificativ rezistența fără a reduce ductilitatea, îmbunătățește sudarea și crește rezistența la coroziune a aliajului.

Cuprul întărește aliajele, întărirea maximă se realizează cu un conținut de cupru de 4 - 6%. Aliajele cu cupru sunt utilizate în producția de pistoane pentru motoarele cu ardere internă, piese turnate de înaltă calitate aeronave.

Staniul îmbunătățește prelucrarea.

Titan. Sarcina principală a titanului din aliaje este rafinarea cerealelor în piese turnate și lingouri, ceea ce crește foarte mult rezistența și uniformitatea proprietăților pe tot volumul.

Aluminiul este unul dintre cele mai comune și mai ieftine metale. E greu de imaginat fără el viața modernă. Nu e de mirare că aluminiul este numit metalul secolului al XX-lea. Se pretează bine la prelucrare: forjare, ștanțare, laminare, trefilare, presare. Aluminiul pur este un metal destul de moale; se foloseste la realizarea de fire electrice, piese structurale, folii pt Produse alimentare, ustensile de bucătărie și vopsea „argintie”. Acest metal frumos și ușor este utilizat pe scară largă în tehnologia construcțiilor și a aviației. Aluminiul reflectă foarte bine lumina. Prin urmare, este utilizat pentru fabricarea oglinzilor - prin depunere de metal în vid.

În prezent, aluminiul și aliajele sale sunt utilizate în aproape toate domeniile tehnologiei moderne. Cei mai importanți consumatori de aluminiu și aliajele sale sunt industria aviației și auto, transportul feroviar și pe apă, inginerie mecanică, industria electrică și de instrumentare, inginerie industrială și civilă, industria chimică și producția de bunuri de larg consum.

Majoritatea aliajelor de aluminiu au rezistență ridicată la coroziune în atmosfera naturală, apa de mare, soluții de multe săruri și substanțe chimice și în majoritatea alimentelor. Structurile din aliaj de aluminiu sunt adesea folosite în apa de mare. Geamanduri maritime, bărci de salvare, nave, șlepuri au fost construite din aliaje de aluminiu din 1930. În prezent, lungimea carenelor de nave din aliaj de aluminiu ajunge la 61 m. Există experiență în conductele subterane din aluminiu, aliajele de aluminiu sunt foarte rezistente la coroziunea solului. În 1951, în Alaska a fost construită o conductă lungă de 2,9 km. După 30 de ani de funcționare, nu au fost găsite scurgeri sau daune grave din cauza coroziunii.

Aluminiul este utilizat pe scară largă în construcții sub formă de panouri de placare, uși, rame de ferestre, cabluri electrice. Aliajele de aluminiu nu sunt supuse unei coroziuni severe mult timp in contact cu betonul, mortarul, tencuiala, mai ales daca structurile nu sunt frecvent umede. La umezirea frecventă, dacă suprafața produselor din aluminiu nu a fost tratată suplimentar, se poate înnegri, până la înnegrire în orașele industriale cu un conținut ridicat de agenți oxidanți în aer. Pentru a evita acest lucru, se produc aliaje speciale pentru a obține suprafețe strălucitoare prin anodizare strălucitoare - aplicarea unei pelicule de oxid pe suprafața metalică. În acest caz, suprafața poate primi o varietate de culori și nuanțe. De exemplu, aliajele de aluminiu cu siliciu vă permit să obțineți o gamă de nuanțe, de la gri la negru. Aliajele de aluminiu cu crom au o culoare aurie.

Pulberile de aluminiu sunt folosite și în industrie. Se folosesc în industria metalurgică: în aluminotermie, ca aditivi de aliere, pentru fabricarea semifabricatelor prin presare și sinterizare. Această metodă produce piese foarte durabile (dințate, bucșe etc.). Pulberile sunt, de asemenea, folosite în chimie pentru a obține compuși de aluminiu și ca catalizator (de exemplu, în producția de etilenă și acetonă). Având în vedere reactivitatea ridicată a aluminiului, în special sub formă de pulbere, acesta este utilizat în explozivi și propulsori solizi pentru rachete, folosindu-se de capacitatea sa de a se aprinde rapid.

Având în vedere rezistența ridicată a aluminiului la oxidare, pulberea este folosită ca pigment în acoperiri pentru echipamente de vopsit, acoperișuri, hârtie în tipărire, suprafețe lucioase ale panourilor auto. De asemenea, produsele din oțel și fontă sunt acoperite cu un strat de aluminiu pentru a preveni coroziunea lor.

În ceea ce privește aplicarea, aluminiul și aliajele sale sunt pe locul doi după fier (Fe) și aliajele sale. Utilizarea pe scară largă a aluminiului în diverse domenii ale tehnologiei și din viața de zi cu zi este asociată cu o combinație a proprietăților sale fizice, mecanice și chimice: densitate scăzută, rezistență la coroziune în aerul atmosferic, conductivitate termică și electrică ridicată, ductilitate și rezistență relativ ridicată. Aluminiul este ușor de lucrat căi diferite- forjare, ștanțare, laminare etc. Aluminiul pur este folosit pentru fabricarea sârmei (conductivitatea electrică a aluminiului este de 65,5% din conductibilitatea electrică a cuprului, dar aluminiul este de peste trei ori mai ușor decât cuprul, astfel încât aluminiul înlocuiește adesea cuprul în electrotehnică) și folie utilizată ca material de ambalare. Cea mai mare parte a aluminiului topit este cheltuită pentru obținerea diferitelor aliaje. Straturile de protecție și decorative sunt ușor de aplicat pe suprafața aliajelor de aluminiu.

Varietatea proprietăților aliajelor de aluminiu se datorează introducerii în aluminiu a diverșilor aditivi, care formează cu acesta soluții solide sau compuși intermetalici. Cea mai mare parte a aluminiului este folosită pentru a produce aliaje ușoare - duraluminiu (94% - aluminiu, 4% cupru (Cu), 0,5% fiecare magneziu (Mg), mangan (Mn), fier (Fe) și siliciu (Si)), silumin (85-90% - aluminiu, 10-14% siliciu (Si), 0,1% sodiu (Na)) și altele. În metalurgie, aluminiul este folosit nu numai ca bază pentru aliaje, ci și ca unul dintre aliajele utilizate pe scară largă. aditivi în aliaje pe bază de cupru (Cu), magneziu (Mg), fier (Fe), >nichel (Ni) etc.

Aliajele de aluminiu sunt utilizate pe scară largă în viața de zi cu zi, în construcții și arhitectură, în industria auto, în construcțiile navale, în aviație și în tehnologia spațială. În special, primul satelit artificial de pe Pământ a fost realizat din aliaj de aluminiu. Un aliaj de aluminiu și zirconiu (Zr) este utilizat pe scară largă în construcția reactorului nuclear. Aluminiul este folosit la fabricarea explozivilor. Când manipulați aluminiul în viața de zi cu zi, trebuie să aveți în vedere că numai lichidele neutre (prin aciditate) (de exemplu, apa fierbinte) pot fi încălzite și depozitate în vase de aluminiu. Dacă, de exemplu, supa de varză acru este fiartă în vase de aluminiu, atunci aluminiul trece în alimente și capătă un gust „metalic” neplăcut. Deoarece filmul de oxid este foarte ușor de deteriorat în viața de zi cu zi, utilizarea vaselor de gătit din aluminiu este încă nedorită.

Utilizarea aluminiului și a aliajelor sale în toate tipurile de transport și, în primul rând, transportul aerian a făcut posibilă rezolvarea problemei reducerii propriei sale („moarte”). Vehiculși le crește dramatic eficacitatea. Structurile aeronavelor, motoarele, blocurile, chiulasele, carterurile, cutiile de viteze sunt realizate din aluminiu și aliajele acestuia. Aluminiul și aliajele sale sunt utilizate pentru finisarea vagoanelor de cale ferată, a cocanțelor și coșurilor de nave, bărci de salvare, catarge radar, scări. Aluminiul și aliajele sale sunt utilizate pe scară largă în industria electrică pentru fabricarea de cabluri, bare colectoare, condensatoare, redresoare. curent alternativ. În instrumentare, aluminiul și aliajele sale sunt utilizate în producția de echipamente de film și fotografie, echipamente radiotelefonice și diverse instrumente. Datorită rezistenței sale ridicate la coroziune și a netoxicității, aluminiul este utilizat pe scară largă la fabricarea de echipamente pentru producerea și depozitarea de materiale puternice. acid azotic, apă oxigenată, materie organicăși produse alimentare. Folia de aluminiu, fiind mai rezistentă și mai ieftină decât folia de staniu, a înlocuit-o complet ca material de ambalare a alimentelor. Aluminiul este din ce în ce mai utilizat la fabricarea recipientelor pentru conserve și depozitarea produselor. Agricultură, pentru construcția de hambare și alte structuri prefabricate. Fiind unul dintre cele mai importante metale strategice, aluminiul, la fel ca aliajele sale, este utilizat pe scară largă în construcția de avioane, tancuri, instalații de artilerie, rachete, incendiare, precum și în alte scopuri în echipamentele militare.

Aluminiul de înaltă puritate este utilizat pe scară largă în noi domenii de tehnologie - energie nucleară, electronică semiconductoare, radar, precum și pentru a proteja suprafețele metalice de acțiunea diferitelor substanțe chimice și coroziunea atmosferică. Reflexivitatea ridicată a unui astfel de aluminiu este folosită pentru a face reflectoare și oglinzi de încălzire și iluminare din suprafețele sale reflectorizante. În industria metalurgică, aluminiul este utilizat ca agent reducător în producerea unui număr de metale (de exemplu, crom, calciu, mangan) prin metode alumino-termice, pentru dezoxidarea oțelului și sudarea pieselor din oțel.

Aluminiul și aliajele sale sunt utilizate pe scară largă în inginerie industrială și civilă pentru fabricarea cadrelor de construcții, ferme, rame de ferestre, scări etc. În Canada, de exemplu, consumul de aluminiu în aceste scopuri este de aproximativ 30% din consumul total, în SUA. - peste 20%. În ceea ce privește scara producției și importanța în economie, aluminiul a ocupat ferm primul loc printre alte metale neferoase.

Proprietățile fizice ale aluminiului

Aluminiul este un metal moale, ușor, alb-argintiu, cu o conductivitate termică și electrică ridicată. Punct de topire 660°C.

În ceea ce privește prevalența în scoarța terestră, aluminiul ocupă locul 3 după oxigen și siliciu printre toți atomii și pe locul 1 între metale.

Avantajele aluminiului și aliajelor sale includ densitatea scăzută (2,7 g/cm3), caracteristicile de rezistență relativ ridicate, conductivitate termică și electrică bună, fabricabilitatea și rezistența ridicată la coroziune. Combinația acestor proprietăți face posibilă clasificarea aluminiului drept unul dintre cele mai importante materiale tehnice.

Aluminiul și aliajele sale se împart după metoda de producție în deformabile, supuse tratamentului sub presiune și turnătorie, utilizate sub formă de turnare modelată; privind utilizarea tratamentului termic - pe necălit termic și întărit termic, precum și pe sisteme de aliere.

chitanta

Aluminiul a fost obținut pentru prima dată de Hans Oersted în 1825. Metoda modernăÎncasările au fost elaborate independent de americanul Charles Hall și de francezul Paul Héroux. Constă în dizolvarea oxidului de aluminiu Al2O3 într-o topitură de criolit Na3AlF6, urmată de electroliză folosind electrozi de grafit. Această metodă de obținere necesită cantități mari de energie electrică și, prin urmare, a fost solicitată abia în secolul al XX-lea.

Aplicație

Aluminiul este utilizat pe scară largă ca material structural. Principalele avantaje ale aluminiului în această calitate sunt ușurința, ductilitatea pentru ștanțare, rezistența la coroziune (în aer, aluminiul este acoperit instantaneu cu o peliculă puternică de Al2O3, care împiedică oxidarea ulterioară a acestuia), conductivitate termică ridicată, netoxicitatea compușilor săi. În special, aceste proprietăți au făcut aluminiul extrem de popular în fabricarea de vase de gătit, folie de aluminiuîn Industria alimentară si pentru ambalare.

Principalul dezavantaj al aluminiului ca material structural este rezistența sa scăzută, deci este de obicei aliat cu o cantitate mică de cupru și magneziu (aliajul se numește duraluminiu).

Conductivitatea electrică a aluminiului este comparabilă cu cuprul, în timp ce aluminiul este mai ieftin. Prin urmare, este utilizat pe scară largă în inginerie electrică pentru fabricarea firelor, ecranarea acestora și chiar în microelectronică pentru fabricarea conductorilor în cipuri. Adevărat, aluminiul ca material electric are o proprietate neplăcută - din cauza peliculei puternice de oxid, este dificil să-l lipiți.

Datorită complexului de proprietăți, este utilizat pe scară largă în echipamentele termice.

Introducerea aliajelor de aluminiu în construcții reduce consumul de metal, crește durabilitatea și fiabilitatea structurilor atunci când sunt utilizate în condiții extreme (temperatură scăzută, cutremur etc.).

Aluminiul este utilizat pe scară largă în tipuri variate transport. Pe stadiul prezent dezvoltarea aliajelor de aluminiu pentru aviație sunt principalele materiale structurale din industria aeronautică. Aluminiul și aliajele pe bază de acesta sunt din ce în ce mai folosite în construcțiile navale. Corpurile, suprastructurile punților, comunicațiile și diferitele tipuri de echipamente ale navelor sunt fabricate din aliaje de aluminiu.

Cercetările sunt în desfășurare pentru a dezvolta aluminiul spumat ca material deosebit de puternic și ușor.

aluminiu pretios

Aluminiul este unul dintre cele mai populare și utilizate pe scară largă metale astăzi. Încă din momentul descoperirii sale, la mijlocul secolului al XIX-lea, a fost considerat unul dintre cele mai valoroase datorită calităților sale uimitoare: alb ca argintiul, ușor și neafectat de mediu inconjurator. Valoarea lui era mai mare decât prețul aurului. Nu este surprinzător, aluminiul a fost folosit pentru prima dată la crearea de bijuterii și obiecte decorative scumpe.

În 1855, la Expoziția Universală de la Paris, aluminiul era principala atracție. Articolele din aluminiu au fost plasate într-o vitrină adiacentă diamantelor coroanei franceze. Treptat, s-a născut o anumită modă pentru aluminiu. Era considerat un metal nobil, puțin studiat, folosit exclusiv pentru a crea opere de artă.

Cel mai adesea, aluminiul era folosit de bijutieri. Cu ajutorul unui tratament special de suprafață, bijutierii au obținut cea mai deschisă culoare a metalului, motiv pentru care a fost adesea echivalat cu argintul. Dar, în comparație cu argintul, aluminiul avea un luciu mai moale, ceea ce i-a făcut pe bijutieri și mai îndrăgostiți de el.

La fel de proprietățile chimice și fizice ale aluminiului la început au fost puțin studiate, bijutierii înșiși au inventat noi tehnici de prelucrare. Aluminiul este ușor de prelucrat din punct de vedere tehnic, acest metal moale vă permite să creați imprimeuri ale oricăror modele, să aplicați desene și să creați forma dorită a produsului. Aluminiul a fost acoperit cu aur, lustruit și adus la nuanțe mate.

Dar, în timp, aluminiul a început să scadă în preț. Dacă în 1854-1856 costul unui kilogram de aluminiu era de 3 mii de franci vechi, atunci la mijlocul anilor 1860 se dădeau deja aproximativ o sută de franci vechi per kilogram de acest metal. Ulterior, din cauza costului redus, aluminiul a demodat.

În prezent, primele produse din aluminiu sunt foarte rare. Majoritatea nu au supraviețuit deprecierii metalului și au fost înlocuite cu argint, aur și alte metale și aliaje prețioase. Recent, în rândul specialiștilor s-a reînnoit interesul pentru aluminiu. Acest metal a făcut obiectul unei expoziții separate organizată în 2000 de Muzeul Carnegie din Pittsburgh. Situat în Franța Institutul de Istorie a Aluminiului, care în special este angajată în studiul primelor bijuterii realizate din acest metal.

În Uniunea Sovietică, aparatele de catering, ibricurile etc. erau fabricate din aluminiu. Și nu numai. Primul satelit sovietic a fost realizat din aliaj de aluminiu. Un alt consumator de aluminiu este industria electrică: din el sunt realizate fire de linii de transmisie de înaltă tensiune, înfășurări ale motoarelor și transformatoarelor, cabluri, baze de lămpi, condensatoare și multe alte produse. În plus, pulberea de aluminiu este folosită în explozivi și propulsori solizi pentru rachete, folosindu-și capacitatea de a se aprinde rapid: dacă aluminiul nu a fost acoperit cu o peliculă subțire de oxid, acesta s-ar putea declanșa în aer.

Cea mai recentă invenție este spuma de aluminiu, așa-numita. „spumă metalică”, despre care se prevede un viitor mare.

Elementul chimic aluminiu este metal ușor culoare argintie. Aluminiul este cel mai comun metal din scoarța terestră. Fizice și Proprietăți chimice aluminiul ia permis să găsească o aplicație largă în industria modernă și viața de zi cu zi.

Proprietățile chimice ale aluminiului

Formula chimică a aluminiului este Al. Numărul atomic 13. Aluminiul aparține substanțelor simple, deoarece molecula sa conține un atom de un singur element. Nivelul de energie exterior al unui atom de aluminiu conține 3 electroni. Acești electroni sunt donați cu ușurință de atomul de aluminiu în timpul reacțiilor chimice. Prin urmare, aluminiul are o activitate chimică ridicată și este capabil să înlocuiască metalele din oxizii lor. Dar, în condiții normale, este destul de rezistent la interacțiuni chimice, deoarece este acoperit cu o peliculă puternică de oxid.

Aluminiul reacţionează cu oxigenul numai la temperaturi ridicate. Ca rezultat al reacției, se formează alumină. Cu sulf, fosfor, azot, carbon, interacțiunea are loc și la temperaturi ridicate. Dar aluminiul reacționează cu clorul și bromul în condiții normale. Reacționează cu iodul când este încălzit, dar numai dacă apa acționează ca catalizator. Aluminiul nu reacționează cu hidrogenul.

Cu metale, aluminiul este capabil să formeze compuși numiți aluminuri.

Aluminiul, purificat din pelicula de oxid, reacţionează cu apa. Hidroxidul, care se obține ca rezultat al acestei reacții, este un compus slab solubil.

Aluminiul reacționează ușor cu acizii diluați pentru a forma săruri. Dar reacţionează cu acizii concentraţi numai atunci când este încălzit, formând săruri şi produşi de reducere a acidului.

Aluminiul reacționează ușor cu alcalii.

Proprietățile fizice ale aluminiului

aluminiu - metal rezistent, dar în același timp, plastic, ușor de prelucrat: ștanțare, lustruire, desen.

Aluminiul este cel mai ușor dintre metale. Are o conductivitate termică foarte mare. În ceea ce privește conductivitatea electrică, aluminiul nu este practic inferior cuprului, dar în același timp este mult mai ușor și mai ieftin.

Aplicarea aluminiului

Pentru prima dată, aluminiul metal a fost obținut de un fizician danez Hans Christian Oersted în 1825. În acele vremuri, aluminiul era considerat un metal prețios. Fashionistelor le plăcea să poarte bijuterii din el.

Dar metoda industrială de producere a aluminiului a fost creată mult mai târziu - în 1855 de chimistul francez Henri Etienne Saint-Clair Deville.

Aliajele de aluminiu sunt folosite în aproape toate industriile de inginerie. Industriile moderne de aviație, spațială și auto, construcțiile navale nu se pot descurca fără astfel de aliaje. Cele mai cunoscute aliaje sunt duraluminiu, silumin, aliaje turnate. Poate cel mai popular dintre aceste aliaje este duraluminiul.

Când aluminiul este prelucrat prin prelucrare la cald și la rece, se obțin profile, sârmă, țevi, benzi, foi. Foile sau banda de aluminiu sunt utilizate pe scară largă în construcțiile moderne. Deci, o bandă specială de aluminiu este utilizată pentru a sigila capetele diferitelor panouri de clădire pentru a oferi o protecție fiabilă împotriva precipitațiilor și pătrunderii prafului în panou.

Deoarece aluminiul are o conductivitate electrică ridicată, este utilizat pentru fabricarea de fire electrice și bare electrice.

Aluminiul nu este un metal prețios. Dar unii dintre compușii săi sunt folosiți în industria de bijuterii. Probabil, nu toată lumea știe că rubinul și safirul sunt monocristale de oxid de aluminiu, în care se adaugă oxizi de colorare. Culoarea roșie a unui rubin este dată de ionii de crom, iar culoarea albastră a safirului se datorează conținutului de ioni de fier și titan. Alumina cristalină pură se numește corindon.

În condiții industriale, se creează corindon artificial, rubin și safir.

Aluminiul este folosit și în medicină. Face parte din unele medicamente care au efect adsorbant, învelitor și analgezic.

Este greu de găsit o ramură a industriei moderne care să nu folosească aluminiu și compușii săi.

Aluminiul are multe proprietăți valoroase:

  • densitate scăzută - aproximativ 2,7 g / cm 3,
  • conductivitate termică ridicată și conductivitate electrică ridicată 13,8 107 Ohm / m,
  • ductilitate bună și rezistență mecanică suficientă.

Aluminiul formează aliaje cu multe elemente. În aliaje, aluminiul își păstrează proprietățile. În starea topit, Al este fluid și umple bine matrițele; în stare solidă, este bine deformat și poate fi ușor tăiat, lipit și sudat.

Afinitatea aluminiului pentru oxigen este foarte mare.. În timpul oxidării sale, se eliberează o cantitate mare de căldură (~ 1670000 J / mol). Aluminiul măcinat fin se aprinde când este încălzit și arde în aer. Al se combină cu oxigenul din aer și în condiții atmosferice. În acest caz, aluminiul este acoperit cu o peliculă densă subțire (~ 0,0002 mm grosime) de oxid de aluminiu, care îl protejează de oxidarea ulterioară; prin urmare, Al este rezistent la coroziune. Suprafața de Al este bine protejată de oxidare prin această peliculă chiar și în stare topită.

Dintre aliajele de aluminiu, cele mai importante sunt duraluminiu și silumin . Compoziția duraluminiului, în plus față de Al, include 3,4-4% cupru, 0,5% Mn și 0,5% Mg, nu sunt permise mai mult de 0,8% Fe și 0,8% Si. Duraluminul este bine deformat și în felul său proprietăți mecanice aproape de unele clase de oțel, deși este de 2,7 ori mai ușor decât oțelul ( densitate duralumin 2,85 g/cm 3).

Proprietățile mecanice ale acestui aliaj cresc după tratamentul termic și deformarea la rece. Rezistența la tracțiune crește de la 147-216 MPa la 353-412 MPa, iar duritatea Brinell de la 490-588 la 880-980 MPa. În același timp, alungirea relativă a duraluminului aproape nu se modifică și rămâne destul de mare (18-24%).

Siluminile sunt aliaje turnate de aluminiu cu siliciu. Au calități bune de turnare și proprietăți mecanice.

Aplicație

Aluminiul și aliajele sunt utilizate pe scară largă în multe industrii, inclusiv aviație, transport, metalurgie, industria alimentară etc.. Corpurile de aeronave, motoarele, blocurile de cilindri, cutiile de viteze, pompele și alte piese din industria aviației, auto și tractoarelor, vasele de depozitare sunt fabricate din aluminiu și aliajele acestuia. produse chimice. Aluminiul este utilizat pe scară largă în viața de zi cu zi, industria alimentară, energia nucleară și electronică. Multe părți ale sateliților artificiali ai planetei noastre și nave spațiale fabricat din aluminiu și aliajele acestuia.

Datorită afinității chimice mari a aluminiului pentru oxigen, acesta este utilizat în metalurgia feroasă ca dezoxidant, precum și pentru obținerea, prin așa-numitul procedeu aluminotermic, a metalelor greu recuperabile (calciu, litiu etc.)..). De producție generală metal în lume, aluminiul ocupă locul al doilea după fier.

 

Ar putea fi util să citiți: