(A l), gálium (Ga), indium (In) a tálium (T l).

Ako vidno z vyššie uvedených údajov, všetky tieto prvky boli objavené v r XIX storočia.

Objav kovov hlavnej podskupiny III skupiny

IN	Al	Ga	In	Tl
1806	1825	1875	1863	1861
G. Lussac,	G.H. Ørsted	L. de Boisbaudran	F. Reich,	W. Crooks
L. Tenard	(Dánsko)	(Francúzsko)	I.Richter	(Anglicko)
(Francúzsko)			(Nemecko)

Bór je nekov. Hliník je prechodný kov, zatiaľ čo gálium, indium a tálium sú plnohodnotné kovy. S rastúcimi polomermi atómov prvkov každej skupiny periodickej tabuľky sa teda zvyšujú kovové vlastnosti jednoduchých látok.

V tejto prednáške sa bližšie pozrieme na vlastnosti hliníka.

1. Postavenie hliníka v tabuľke D. I. Mendelejeva. Atómová štruktúra, vykazovala oxidačné stavy.

Hliníkový prvok sa nachádza v III skupina, hlavná podskupina „A“, 3. perióda periodickej sústavy, poradové číslo č. 13, relatívna atómová hmotnosť Ar(Al ) = 27. Jeho susedom vľavo v tabuľke je horčík, typický kov, a vpravo kremík, nekov. V dôsledku toho musí hliník vykazovať vlastnosti strednej povahy a jeho zlúčeniny sú amfotérne.

Al +13) 2) 8) 3, p – prvok,

Prízemný stav 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1
Nadšený stav 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 3p 2

Hliník vykazuje oxidačný stav +3 v zlúčeninách:

Al 0 – 3 e - → Al +3

2. Fyzikálne vlastnosti

Hliník vo voľnej forme je strieborno-biely kov s vysokou tepelnou a elektrickou vodivosťou.Teplota topenia 650 o C. Hliník má nízku hustotu (2,7 g/cm 3) - asi trikrát menšiu ako železo alebo meď a zároveň je to odolný kov.

3. Byť v prírode

Z hľadiska prevalencie v prírode sa radí 1. medzi kovmi a 3. medzi prvkami na druhom mieste po kyslíku a kremíku. Percento obsahu hliníka v zemskej kôre sa podľa rôznych výskumníkov pohybuje od 7,45 do 8,14 % hmotnosti zemskej kôry.

V prírode sa hliník vyskytuje iba v zlúčeninách (minerály).

Niektorí z nich:

· Bauxit - Al 2 O 3 H 2 O (s nečistotami SiO 2, Fe 2 O 3, CaCO 3)

· Nefelíny - KNa 3 4

· Alunity - KAl(SO 4) 2 2Al(OH) 3

· Alumina (zmesi kaolínov s pieskom SiO 2, vápenec CaCO 3, magnezit MgCO 3)

· Korund - Al 2 O 3

· Živec (ortoklas) - K 2 O×Al 2 O 3 × 6SiO 2

· Kaolinit - Al203 × 2Si02 × 2H20

· Alunite - (Na,K)2SO4×Al2(SO4)3×4Al(OH)3

· Beryl - 3BeO Al203 6SiO2

Bauxit
Al203	korund
	Ruby
	Zafír

4. Chemické vlastnosti hliníka a jeho zlúčenín

Hliník za normálnych podmienok ľahko reaguje s kyslíkom a je potiahnutý oxidovým filmom (ktorý mu dodáva matný vzhľad).

UKÁŽKA OXIDOVÉHO FÓLIU

Jeho hrúbka je 0,00001 mm, no hliník vďaka nemu nekoroduje. Na štúdium chemických vlastností hliníka sa odstráni oxidový film. (Pomocou brúsneho papiera, alebo chemicky: najprv ponorte do alkalického roztoku, aby sa odstránil oxidový film, a potom do roztoku ortuťových solí, aby vznikla zliatina hliníka s ortuťou – amalgám).

ja. Interakcia s jednoduchými látkami

Už pri izbovej teplote hliník aktívne reaguje so všetkými halogénmi a vytvára halogenidy. Pri zahrievaní reaguje so sírou (200 °C), dusíkom (800 °C), fosforom (500 °C) a uhlíkom (2000 °C), s jódom za prítomnosti katalyzátora – vody:

2Ai + 3S = Al2S3 (sulfid hlinitý),

2Ai + N2 = 2A1N (nitrid hliníka),

Al + P = Al P (fosfid hlinitý),

4Ai + 3C = Al 4 C 3 (karbid hliníka).

2 Al +3 I2 = 2 Al I 3 (jodid hlinitý) SKÚSENOSTI

Všetky tieto zlúčeniny sú úplne hydrolyzované za vzniku hydroxidu hlinitého, a teda sírovodíka, amoniaku, fosfínu a metánu:

Al2S3 + 6H20 = 2Al(OH)3 + 3H2S

Al4C3 + 12H20 = 4Al(OH)3 + 3CH4

Vo forme hoblín alebo prášku jasne horí na vzduchu a uvoľňuje veľké množstvo tepla:

4A l + 3 O 2 = 2 A l 2 O 3 + 1676 kJ.

SPAĽOVANIE HLINÍKA NA VZDUCHU

SKÚSENOSTI

II. Interakcia s komplexnými látkami

Interakcia s vodou :

2 Al + 6 H20 = 2 Al (OH) 3 + 3 H2

bez oxidového filmu

SKÚSENOSTI

Interakcia s oxidmi kovov:

Hliník je dobré redukčné činidlo, pretože je jedným z aktívnych kovov. Zaraďuje sa do radu aktivít hneď za kovy alkalických zemín. Preto obnovuje kovy z ich oxidov . Táto reakcia, aluminotermia, sa používa na výrobu čistých vzácnych kovov, ako je volfrám, vanád atď.

3 Fe 3 O 4 +8 Al = 4 Al 2 O 3 + 9 Fe + Q

Termitová zmes Fe 3 O 4 a Al (prášok) sa používa aj pri termitovom zváraní.

Cr203 + 2Al = 2Cr + Al203

Interakcia s kyselinami :

S roztokom kyseliny sírovej: 2 Al+ 3 H 2 SO 4 = Al 2 (SO 4) 3 + 3 H 2

Nereaguje so studenou koncentrovanou sírou a dusíkom (pasiváty). Preto sa kyselina dusičná prepravuje v hliníkových nádržiach. Pri zahrievaní je hliník schopný redukovať tieto kyseliny bez uvoľňovania vodíka:

2Al + 6H2S04 (konc) = Al2(S04)3 + 3 S02 + 6H20,

Al + 6H N03 (konc) = Al (N03)3 + 3 N02 + 3H20.

Interakcia s alkáliami .

2 Al + 2 NaOH + 6 H20 = 2 Na [ Al(OH)4 ] +3 H 2

SKÚSENOSTI

Na[Al(OH)4] – tetrahydroxyaluminát sodný

Na návrh chemika Gorbova sa počas rusko-japonskej vojny táto reakcia použila na výrobu vodíka pre balóny.

So soľnými roztokmi:

2 Al + 3 CuSO 4 = Al 2 (SO 4 ) 3 + 3 Cu

Ak sa povrch hliníka potrie ortuťovou soľou, dôjde k nasledujúcej reakcii:

2 Al + 3 HgCl 2 = 2 AlCl 3 + 3 Hg

Uvoľnená ortuť rozpúšťa hliník, pričom vzniká amalgám .

Detekcia hliníkových iónov v roztokoch : SKÚSENOSTI

5. Aplikácia hliníka a jeho zlúčenín

Fyzikálne a chemické vlastnosti hliníka viedli k jeho širokému použitiu v technológii. Letecký priemysel je hlavným spotrebiteľom hliníka: 2/3 lietadla tvoria hliník a jeho zliatiny. Oceľové lietadlo by bolo príliš ťažké a mohlo by prepraviť oveľa menej cestujúcich. Preto sa hliník nazýva okrídlený kov. Káble a vodiče sú vyrobené z hliníka: pri rovnakej elektrickej vodivosti je ich hmotnosť 2-krát menšia ako u zodpovedajúcich medených produktov.

Vzhľadom na odolnosť hliníka proti korózii áno výroba častí strojov a nádob na kyselinu dusičnú. Hliníkový prášok je základom na výrobu striebornej farby na ochranu železných výrobkov pred koróziou a na odrážanie tepelných lúčov sa takáto farba používa na zakrytie nádrží na skladovanie oleja a hasičských oblekov.

Oxid hlinitý sa používa na výrobu hliníka a tiež ako žiaruvzdorný materiál.

Hydroxid hlinitý je hlavnou zložkou známych liekov Maalox a Almagel, ktoré znižujú kyslosť žalúdočnej šťavy.

Soli hliníka sú vysoko hydrolyzované. Táto vlastnosť sa využíva v procese čistenia vody. Síran hlinitý a malé množstvo haseného vápna sa pridávajú do vody, ktorá sa má čistiť, aby sa neutralizovala výsledná kyselina. V dôsledku toho sa uvoľňuje objemná zrazenina hydroxidu hlinitého, ktorá pri usadzovaní nesie so sebou suspendované častice zákalu a baktérií.

Síran hlinitý je teda koagulant.

6. Výroba hliníka

1) Moderný, nákladovo efektívny spôsob výroby hliníka vynašli Američan Hall a Francúz Héroux v roku 1886. Ide o elektrolýzu roztoku oxidu hlinitého v roztavenom kryolite. Roztavený kryolit Na 3 AlF 6 rozpúšťa Al 2 O 3, rovnako ako voda rozpúšťa cukor. Elektrolýza „roztoku“ oxidu hlinitého v roztavenom kryolite prebieha tak, ako keby kryolit bol iba rozpúšťadlom a oxid hlinitý elektrolytom.

2Al 2 O 3 elektrický prúd →4Al + 3O 2

V anglickej „Encyklopédii pre chlapcov a dievčatá“ sa článok o hliníku začína nasledujúcimi slovami: „23. februára 1886 sa v dejinách civilizácie začal nový kovový vek – vek hliníka. V tento deň Charles Hall, 22-ročný chemik, vošiel do svojho prvého učiteľského laboratória s tuctom malých guľôčok striebristo-bieleho hliníka v ruke a so správou, že našiel spôsob, ako vyrobiť kov lacno a vo veľkých množstvách." Hall sa tak stal zakladateľom amerického hliníkárskeho priemyslu a anglosaským národným hrdinom ako muž, ktorý premenil vedu na skvelý biznis.

2) 2Al203 +3 C=4 Al+3 CO2

TOTO JE ZAUJÍMAVÉ:

• Kovový hliník bol prvýkrát izolovaný v roku 1825 dánskym fyzikom Hansom Christianom Oerstedom. Prechodom plynného chlóru cez vrstvu horúceho oxidu hlinitého zmiešaného s uhlím Oersted izoloval chlorid hlinitý bez najmenšej stopy vlhkosti. Na obnovu kovového hliníka potreboval Oersted ošetriť chlorid hlinitý amalgámom draslíka. O 2 roky neskôr nemecký chemik Friedrich Woeller. Zdokonalil metódu nahradením amalgámu draslíka čistým draslíkom.
• V 18. a 19. storočí bol hliník hlavným kovom na výrobu šperkov. V roku 1889 bol D.I.Mendelejev v Londýne ocenený cenným darom za zásluhy pri vývoji chémie – váhy zo zlata a hliníka.
• Do roku 1855 francúzsky vedec Saint-Clair Deville vyvinul metódu výroby hliníka v technickom meradle. Ale metóda bola veľmi drahá. Deville sa tešil špeciálnej záštite Napoleona III., francúzskeho cisára. Na znak svojej oddanosti a vďačnosti vyrobil Deville pre Napoleonovho syna, novonarodeného princa, elegantne gravírovanú hrkálku – prvý „spotrebný výrobok“ vyrobený z hliníka. Napoleon dokonca zamýšľal vybaviť svoje stráže hliníkovým kyrysom, ale cena sa ukázala byť neúmerná. Vtedy stál 1 kg hliníka 1000 mariek, t.j. 5x drahšie ako striebro. Až po vynájdení elektrolytického procesu sa hliník z hľadiska hodnoty vyrovnal bežným kovom.
• Vedeli ste, že hliník pri vstupe do ľudského tela spôsobuje poruchu nervového systému.Pri jeho nadbytku dochádza k narušeniu metabolizmu. A ochrannými látkami sú vitamín C, zlúčeniny vápnika a zinku.
• Keď hliník horí v kyslíku a fluóre, uvoľňuje sa veľa tepla. Preto sa používa ako prísada do raketového paliva. Raketa Saturn počas letu spáli 36 ton hliníkového prášku. Myšlienku použitia kovov ako zložky raketového paliva prvýkrát navrhol F. A. Zander.

CVIČENIA

Simulátor č.1 - Charakteristika hliníka podľa polohy v periodickej tabuľke prvkov D. I. Mendelejeva

Simulátor č.2 - Rovnice reakcií hliníka s jednoduchými a zložitými látkami

Simulátor č.3 - Chemické vlastnosti hliníka

ZADÁVACIE ÚLOHY

č. 1. Na získanie hliníka z chloridu hlinitého sa ako redukčné činidlo môže použiť kovový vápnik. Napíšte rovnicu pre túto chemickú reakciu a charakterizujte tento proces pomocou elektronických váh.
Myslieť si! Prečo sa táto reakcia nemôže uskutočniť vo vodnom roztoku?

č. 2. Doplňte rovnice chemických reakcií:
Al + H2S04 (rozt ) ->
Al + CuCl2 ->
Al + HNO3 ( konc. ) - t ->
Al + NaOH + H20 ->

č. 3. Vykonajte transformácie:
Al -> AlCl3 -> Al -> Al2S3 -> Al(OH)3 - t -> Al203 -> Al

č. 4. Vyrieš ten problém:
Zliatina hliníka a medi bola počas zahrievania vystavená prebytku koncentrovaného roztoku hydroxidu sodného. Uvoľnilo sa 2,24 litra plynu (n.o.). Vypočítajte percentuálne zloženie zliatiny, ak jej celková hmotnosť bola 10 g?

Kovy sú jedným z najpohodlnejších materiálov na spracovanie. Majú aj vlastných vodcov. Napríklad základné vlastnosti hliníka sú ľuďom známe už dlho. Sú tak vhodné na každodenné použitie, že sa tento kov stal veľmi obľúbeným. Čo sú jednoduchá látka aj atóm, zvážime v tomto článku.

História objavu hliníka

Človek už dlho poznal zlúčeninu predmetného kovu - používal sa ako prostriedok, ktorý napúčal a spojil zložky zmesi, čo bolo potrebné aj pri výrobe kožených výrobkov. Existencia oxidu hlinitého vo svojej čistej forme sa stala známou v 18. storočí, v jeho druhej polovici. Tá však nebola prijatá.

Vedec H. K. Ørsted ako prvý izoloval kov z jeho chloridu. Bol to on, kto ošetril soľ amalgámom draslíka a zo zmesi izoloval šedý prášok, ktorým bol hliník v čistej forme.

Potom sa ukázalo, že chemické vlastnosti hliníka sa prejavujú v jeho vysokej aktivite a silnej redukčnej schopnosti. Preto s ním dlho nikto iný nepracoval.

V roku 1854 však Francúz Deville dokázal elektrolýzou taveniny získať kovové ingoty. Táto metóda je aktuálna aj dnes. Najmä masová výroba cenného materiálu sa začala v 20. storočí, keď sa riešili problémy výroby veľkého množstva elektriny v podnikoch.

Dnes je tento kov jedným z najpopulárnejších a najpoužívanejších v stavebníctve a domácom priemysle.

Všeobecné charakteristiky atómu hliníka

Ak charakterizujeme predmetný prvok podľa jeho polohy v periodickej tabuľke, potom možno rozlíšiť niekoľko bodov.

1. Sériové číslo - 13.
2. Nachádza sa v treťom malom období, tretej skupine, hlavnej podskupine.
3. Atómová hmotnosť - 26,98.
4. Počet valenčných elektrónov je 3.
5. Konfigurácia vonkajšej vrstvy je vyjadrená vzorcom 3s 2 3p 1.
6. Názov prvku je hliník.
7. silne vyjadrené.
8. V prírode nemá žiadne izotopy, existuje iba v jednej forme, s hmotnostným číslom 27.
9. Chemická značka je AL, vo vzorcoch sa číta ako „hliník“.
10. Oxidačný stav je jedna, rovný +3.

Chemické vlastnosti hliníka sú plne potvrdené elektrónovou štruktúrou jeho atómu, pretože má veľký atómový polomer a nízku elektrónovú afinitu a je schopný pôsobiť ako silné redukčné činidlo, ako všetky aktívne kovy.

Hliník ako jednoduchá látka: fyzikálne vlastnosti

Ak hovoríme o hliníku ako o jednoduchej látke, tak ide o strieborno-biely lesklý kov. Na vzduchu rýchlo oxiduje a pokryje sa hustým oxidovým filmom. To isté sa deje pri vystavení koncentrovaným kyselinám.

Prítomnosť takejto vlastnosti robí výrobky vyrobené z tohto kovu odolnými voči korózii, čo je, samozrejme, pre ľudí veľmi výhodné. To je dôvod, prečo je hliník tak široko používaný v stavebníctve. Sú zaujímavé aj tým, že tento kov je veľmi ľahký, no napriek tomu odolný a mäkký. Kombinácia takýchto vlastností nie je dostupná pre každú látku.

Existuje niekoľko základných fyzikálnych vlastností, ktoré sú charakteristické pre hliník.

1. Vysoký stupeň kujnosti a ťažnosti. Z tohto kovu je vyrobená ľahká, pevná a veľmi tenká fólia, ktorá je tiež zvinutá do drôtu.
2. Teplota topenia - 660 °C.
3. Bod varu - 2450 0 C.
4. Hustota - 2,7 g / cm3.
5. Krištáľová mriežka je objemová plošne centrovaná, kovová.
6. Typ pripojenia - kov.

Fyzikálne a chemické vlastnosti hliníka určujú oblasti jeho použitia a použitia. Ak hovoríme o každodenných aspektoch, potom veľkú úlohu zohrávajú vlastnosti, o ktorých sme už hovorili vyššie. Ako ľahký, odolný a antikorózny kov sa hliník používa pri stavbe lietadiel a lodí. Preto je veľmi dôležité poznať tieto vlastnosti.

Chemické vlastnosti hliníka

Z chemického hľadiska je príslušný kov silné redukčné činidlo, ktoré je schopné vykazovať vysokú chemickú aktivitu, pričom je čistou látkou. Hlavná vec je odstrániť oxidový film. V tomto prípade sa aktivita prudko zvyšuje.

Chemické vlastnosti hliníka ako jednoduchej látky sú určené jeho schopnosťou reagovať s:

• kyseliny;
• alkálie;
• halogény;
• sivá.

Za normálnych podmienok neinteraguje s vodou. V tomto prípade z halogénov bez zahrievania reaguje iba s jódom. Ostatné reakcie vyžadujú teplotu.

Na ilustráciu chemických vlastností hliníka možno uviesť príklady. Rovnice reakcií interakcie s:

• kyseliny- AL + HCL = A1CL3 + H2;
• alkálie- 2Al + 6H20 + 2NaOH = Na + 3H2;
• halogény- AL + Hal = ALHal3;
• sivá- 2AL + 3S = AL 2 S 3.

Vo všeobecnosti je najdôležitejšou vlastnosťou predmetnej látky jej vysoká schopnosť obnoviť ďalšie prvky z ich zlúčenín.

Regeneračná kapacita

Redukčné vlastnosti hliníka sú jasne viditeľné pri reakciách interakcie s oxidmi iných kovov. Ľahko ich extrahuje zo zloženia látky a umožňuje im existovať v jednoduchej forme. Napríklad: Cr 2 O 3 + AL = AL 2 O 3 + Cr.

V metalurgii existuje celý spôsob výroby látok založených na podobných reakciách. Hovorí sa tomu aluminotermia. Preto sa v chemickom priemysle tento prvok používa špeciálne na výrobu iných kovov.

Distribúcia v prírode

Z hľadiska prevalencie medzi ostatnými kovovými prvkami je hliník na prvom mieste. V zemskej kôre je obsiahnutých 8,8 %. Ak ho porovnáme s nekovmi, tak jeho miesto bude tretie, po kyslíku a kremíku.

Pre svoju vysokú chemickú aktivitu sa nenachádza v čistej forme, ale len ako súčasť rôznych zlúčenín. Napríklad existuje veľa známych rúd, minerálov a hornín, ktoré obsahujú hliník. Extrahuje sa však len z bauxitu, ktorého obsah v prírode nie je príliš vysoký.

Najbežnejšie látky obsahujúce príslušný kov:

• živce;
• bauxit;
• žuly;
• oxid kremičitý;
• hlinitokremičitany;
• bazalty a iné.

V malých množstvách sa hliník nevyhnutne nachádza v bunkách živých organizmov. Niektoré druhy machov a morských obyvateľov sú schopné akumulovať tento prvok vo svojom tele počas svojho života.

Potvrdenie

Fyzikálne a chemické vlastnosti hliníka umožňujú získať ho iba jedným spôsobom: elektrolýzou taveniny zodpovedajúceho oxidu. Tento proces je však technologicky zložitý. Teplota topenia AL 2 O 3 presahuje 2000 0 C. Z tohto dôvodu nemôže byť priamo podrobený elektrolýze. Preto postupujte nasledovne.

Výťažok produktu je 99,7 %. Je však možné získať ešte čistejší kov, ktorý sa používa na technické účely.

Aplikácia

Mechanické vlastnosti hliníka nie sú také dobré, aby sa dal použiť v čistej forme. Preto sa najčastejšie používajú zliatiny na báze tejto látky. Tých je veľa, môžete vymenovať tie najzákladnejšie.

1. duralové.
2. Hliník-mangán.
3. Hliník-horčík.
4. Hliník-meď.
5. Silumíny.
6. Aviál.

Ich hlavným rozdielom sú, prirodzene, prísady tretích strán. Všetky sú na báze hliníka. Ostatné kovy robia materiál trvanlivejším, odolnejším voči korózii, opotrebeniu a ľahko sa spracováva.

Existuje niekoľko hlavných oblastí použitia hliníka, a to ako v čistej forme, tak aj vo forme jeho zlúčenín (zliatin).

Spolu so železom a jeho zliatinami je hliník najdôležitejším kovom. Práve títo dvaja zástupcovia periodickej tabuľky našli najrozsiahlejšie priemyselné uplatnenie v ľudských rukách.

Vlastnosti hydroxidu hlinitého

Hydroxid je najbežnejšou zlúčeninou, ktorú tvorí hliník. Jeho chemické vlastnosti sú rovnaké ako vlastnosti samotného kovu – je amfotérny. To znamená, že je schopný vykazovať dvojakú povahu, reagovať s kyselinami aj zásadami.

Samotný hydroxid hlinitý je biela želatínová zrazenina. Ľahko sa získa reakciou hlinitej soli s alkáliou alebo reakciou s kyselinami, pričom tento hydroxid poskytuje obvyklú zodpovedajúcu soľ a vodu. Ak reakcia prebieha s alkáliou, tak vznikajú hydroxokomplexy hliníka, v ktorých je jeho koordinačné číslo 4. Príklad: Na - tetrahydroxoaluminát sodný.

DEFINÍCIA

hliník nachádza sa v tretej perióde, III. skupine hlavnej (A) podskupiny Periodickej tabuľky. Ide o prvý p-prvok 3. tretiny.

Kovové. Označenie - Al. Sériové číslo - 13. Relatívna atómová hmotnosť - 26,981 amu.

Elektronická štruktúra atómu hliníka

Atóm hliníka pozostáva z kladne nabitého jadra (+13), vo vnútri ktorého je 13 protónov a 14 neutrónov. Jadro je obklopené tromi obalmi, cez ktoré sa pohybuje 13 elektrónov.

Ryža. 1. Schematické znázornenie štruktúry atómu hliníka.

Rozdelenie elektrónov medzi orbitály je nasledovné:

13Al) 2) 8) 3;

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1 .

Vonkajšia energetická hladina hliníka obsahuje tri elektróny, všetky elektróny 3. podúrovne. Energetický diagram má nasledujúcu formu:

Pre atóm hliníka je teoreticky možný excitovaný stav v dôsledku prítomnosti prázdneho 3 d-orbitály. Avšak elektrónové párovanie 3 s-podúroveň sa v skutočnosti nedeje.

Príklady riešenia problémov

PRÍKLAD 1

VLASTNOSTI HLINÍKA

Obsah:

Druhy hliníka

Fyzikálne vlastnosti

Korozívne vlastnosti

Mechanické vlastnosti

Technologické vlastnosti

Aplikácia

Druhy hliníka.

Hliník sa vyznačuje vysokou elektrickou a tepelnou vodivosťou, odolnosťou proti korózii, ťažnosťou a mrazuvzdornosťou. Najdôležitejšou vlastnosťou hliníka je jeho nízka hustota (približne 2,70 g/cm3) Teplota topenia hliníka je asi 660 C.

Fyzikálno-chemické, mechanické a technologické vlastnosti hliníka veľmi závisia od druhu a množstva nečistôt, ktoré zhoršujú väčšinu vlastností čistého kovu.Hlavnými prírodnými nečistotami v hliníku sú železo a kremík. Železo je napríklad prítomné ako nezávislá Fe-Al fáza,znižuje elektrickú vodivosť a odolnosť proti korózii, zhoršuje ťažnosť, ale mierne zvyšuje pevnosť hliníka.

Podľa stupňa čistenia sa primárny hliník delí na hliník vysokej a technickej čistoty (GOST 11069-2001). Technický hliník zahŕňa aj triedy s označením AD, AD1, AD0, AD00 (GOST 4784-97). Technický hliník všetkých akostí sa vyrába elektrolýzou kryolitovo-hlinitých tavenín. Vysoko čistý hliník sa získava dodatočným čistením technického hliníka. Vlastnosti vlastností hliníka vysokej a špeciálnej čistoty sú diskutované v knihách

1) Metalurgia hliníka a jeho zliatin. Ed. I.N. Fridlyander. M. 1971.2) Mechanické a technologické vlastnosti kovov. A.V.Bobylev. M. 1980.

Nižšie uvedená tabuľka poskytuje skrátené informácie o väčšine druhov hliníka. Uvádza sa aj obsah jej hlavných prírodných nečistôt – kremíka a železa.

Značka	Al, %	Si, %	Fe,%	Aplikácie
Vysoko čistý hliník
A995	99.995	0.0015	0.0015	Chemické vybavenie Fólia na kondenzátorové dosky Špeciálne účely
A98	99.98	0.006	0.006
A95	99.95	0.02	0.025
Technický hliník
A8 AD000	99.8	0.10 0.15	0.12 0.15	Drôt na výrobu káblové a drôtené výrobky (z A7E a A5E). Suroviny na výrobu hliníkových zliatin Fólia Valcované výrobky (tyče, pásy, plechy, drôty, rúry)
A7 AD00	99.7	0.15	0.16 0.25
A6	99.6	0.18	0.25
A5E	99.5	0.10	0.20
A5 AD0	99.5	0.25 0.25	0.30 0.40
AD1	99.3	0.30	0.30
A0 PEKLO	99.0	0.95 Celkovo do 1,0 %

Hlavný praktický rozdiel medzi technickým a vysoko čistým hliníkom súvisí s rozdielmi v odolnosti voči korózii v určitých prostrediach. Prirodzene, čím vyšší je stupeň čistenia hliníka, tým je drahší.

Vysoko čistý hliník sa používa na špeciálne účely. Technický hliník sa používa na výrobu hliníkových zliatin, káblových a drôtených výrobkov a valcovaných výrobkov. Ďalej si povieme niečo o technickom hliníku.

Elektrická vodivosť.

Najdôležitejšou vlastnosťou hliníka je jeho vysoká elektrická vodivosť, v ktorej je na druhom mieste za striebrom, meďou a zlatom. Kombinácia vysokej elektrickej vodivosti s nízkou hustotou umožňuje hliníku konkurovať medi v oblasti káblových a drôtených výrobkov.

Okrem železa a kremíka je elektrická vodivosť hliníka silne ovplyvnená chrómom, mangánom a titánom. Preto je v hliníku určenom na výrobu prúdových vodičov regulovaný obsah niekoľkých ďalších nečistôt. V hliníku triedy A5E s povoleným obsahom železa 0,35 % a kremíka 0,12 % by teda súčet nečistôt Cr + V + Ti + Mn nemal presiahnuť iba 0,01 %.

Elektrická vodivosť závisí od stavu materiálu. Dlhodobé žíhanie pri 350 C zlepšuje vodivosť, zatiaľ čo kalenie za studena vodivosť zhoršuje.

Hodnota elektrického odporu pri teplote 20 C jeOhm*mm 2 /m alebo μOhm*m :

0,0277 – žíhaný hliníkový drôt triedy A7E

0,0280 – žíhaný hliníkový drôt triedy A5E

0,0290 – po lisovaní, bez tepelnej úpravy z hliníka AD0

Elektrický odpor hliníkových vodičov je teda približne 1,5-krát vyšší ako elektrický odpor medených vodičov. V súlade s tým je elektrická vodivosť (prevrátená hodnota odporu) hliníka 60-65% elektrickej vodivosti medi. Elektrická vodivosť hliníka sa zvyšuje s klesajúcim množstvom nečistôt.

Teplotný koeficient elektrického odporu hliníka (0,004) je približne rovnaký ako u medi.

Tepelná vodivosť

Tepelná vodivosť hliníka pri 20 C je približne 0,50 cal/cm*s*C a zvyšuje sa so zvyšujúcou sa čistotou kovu. Pokiaľ ide o tepelnú vodivosť, hliník je na druhom mieste za striebrom a meďou (približne 0,90), čo je trikrát viac ako tepelná vodivosť nízkouhlíkovej ocele. Táto vlastnosť určuje použitie hliníka v chladiacich radiátoroch a výmenníkoch tepla.

Iné fyzikálne vlastnosti.

Hliník má veľmi vysokú Špecifická tepelná kapacita(približne 0,22 cal/g*C). To je podstatne viac ako u väčšiny kovov (meď – 0,09). Špecifické teplo topenia tiež veľmi vysoká (približne 93 cal/g). Pre porovnanie, pre meď a železo je táto hodnota približne 41-49 cal/g.

Odrazivosť hliník veľmi závisí od jeho čistoty. Pri hliníkovej fólii s čistotou 99,2 % je odrazivosť bieleho svetla 75 % a pri fólii s obsahom hliníka 99,5 % je odrazivosť už 84 %.

Korózne vlastnosti hliníka.

Samotný hliník je veľmi reaktívny kov. S tým súvisí jeho využitie pri aluminotermii a pri výrobe výbušnín. Na vzduchu je však hliník potiahnutý tenkým (asi mikrónovým) filmom oxidu hlinitého. Vďaka vysokej pevnosti a chemickej inertnosti chráni hliník pred ďalšou oxidáciou a určuje jeho vysoké antikorózne vlastnosti v mnohých prostrediach.

V hliníku s vysokou čistotou je oxidový film súvislý a neporézny a má veľmi silnú priľnavosť k hliníku. Preto je vysoko čistý hliník veľmi odolný voči anorganickým kyselinám, zásadám, morskej vode a vzduchu. Priľnavosť oxidového filmu k hliníku v miestach, kde sa nachádzajú nečistoty, sa výrazne zhoršuje a tieto miesta sa stávajú zraniteľnými voči korózii. Preto má hliník technickej čistoty menšiu odolnosť. Napríklad vo vzťahu k slabej kyseline chlorovodíkovej sa odolnosť rafinovaného a technického hliníka líši 10-krát.

Na hliníku (a jeho zliatinách) je častá bodová korózia. Preto stabilita hliníka a jeho zliatin v mnohých prostrediach nie je určená zmenami hmotnosti vzoriek alebo rýchlosťou prieniku korózie, ale zmenami mechanických vlastností.

Hlavný vplyv na korózne vlastnosti technického hliníka má obsah železa. Rýchlosť korózie 5% roztoku HCl pre rôzne značky je teda (v):

Značka	ObsahAl	Obsah Fe	Rýchlosť korózie
A7	99.7 %	< 0.16 %	0.25 – 1.1
A6	99.6%	< 0.25%	1.2 – 1.6
A0	99.0%	< 0.8%	27 - 31

Prítomnosť železa tiež znižuje odolnosť hliníka voči zásadám, ale neovplyvňuje odolnosť voči kyseline sírovej a dusičnej. Vo všeobecnosti sa odolnosť technického hliníka proti korózii v závislosti od čistoty zhoršuje v nasledujúcom poradí: A8 a AD000, A7 a AD00, A6, A5 a AD0, AD1, A0 a AD.

Pri teplotách nad 100 C hliník reaguje s chlórom. Hliník neinteraguje s vodíkom, ale dobre ho rozpúšťa, preto je hlavnou zložkou plynov prítomných v hliníku. Vodná para, ktorá disociuje pri 500 C, pôsobí na hliník škodlivo, pri nižších teplotách je účinok pary zanedbateľný.

Hliník je odolný voči nasledujúcim prostrediam:

Priemyselná atmosféra

Prírodná sladká voda do teplôt 180 C. Rýchlosť korózie sa zvyšuje s prevzdušňovaním,

nečistoty lúhu sodného, ​​kyseliny chlorovodíkovej a sódy.

Morská voda

Koncentrovaná kyselina dusičná

Kyslé soli sodíka, horčíka, amónia, hyposulfitu.

slabé (do 10%) roztoky kyseliny sírovej,

100% kyselina sírová

Slabé roztoky fosforu (do 1%), chrómu (do 10%)

Kyselina boritá v akejkoľvek koncentrácii

Ocot, citrón, víno. kyselina jablčná, kyslé ovocné šťavy, víno

Roztok amoniaku

Hliník je v takýchto prostrediach nestabilný:

Zriedená kyselina dusičná

Kyselina chlorovodíková

Zriediť kyselinu sírovú

Kyselina fluorovodíková a kyselina bromovodíková

Šťavelová, kyselina mravčia

Žieravé alkalické roztoky

Voda obsahujúca soli ortuti, medi, iónov chlóru, ktoré ničia oxidový film.

Kontaktná korózia

V kontakte s väčšinou priemyselných kovov a zliatin hliník slúži ako anóda a jeho korózia sa zvýši.

Mechanické vlastnosti

Modul pružnosti E = 7000-7100 kgf/mm 2 pre technický hliník pri 20 C. So zvyšujúcou sa čistotou hliníka jeho hodnota klesá (6700 pre A99).

Modul šmyku G = 2700 kgf/mm2.

Hlavné parametre mechanických vlastností technického hliníka sú uvedené nižšie:

Parameter	Jednotka zmeniť	Deformované	Žíhané
Medza klzu? 0.2	kgf/mm 2	8 - 12	4 - 8
Pevnosť v ťahu? V	kgf/mm 2	13 - 16
Predĺženie prestávky?		5 – 10	30 – 40
Relatívne zúženie pri pretrhnutí		50 - 60	70 - 90
Pevnosť v šmyku	kgf/mm 2
Tvrdosť	NV	30 - 35

Uvedené ukazovatele sú veľmi orientačné:

1) V prípade žíhaného a liateho hliníka tieto hodnoty závisia od kvality technického hliníka. Čím viac nečistôt, tým väčšia pevnosť a tvrdosť a nižšia ťažnosť. Napríklad tvrdosť liateho hliníka je: pre A0 - 25HB, pre A5 - 20HB a pre vysoko čistý hliník A995 - 15HB. Pevnosť v ťahu pre tieto prípady je: 8,5; 7,5 a 5 kgf/mm2 a relatívne predĺženie 20; 30 a 45 %.

2) Pre deformovaný hliník mechanické vlastnosti závisia od stupňa deformácie, typu valcovaného výrobku a jeho rozmerov. Napríklad pevnosť v ťahu je najmenej 15 – 16 kgf/mm 2 pre drôt a 8 – 11 kgf/mm 2 pre rúry.

Technický hliník je však v každom prípade mäkký a krehký kov. Nízka medza klzu (dokonca aj pre oceľ spracovanú za studena nepresahuje 12 kgf/mm2) obmedzuje použitie hliníka z hľadiska prípustného zaťaženia.

Hliník má nízky limit tečenia: pri 20 C - 5 kgf/mm2 a pri 200 C - 0,7 kgf/mm2. Pre porovnanie: pre meď sú tieto čísla 7 a 5 kgf/mm2.

Nízka teplota topenia a teplota, pri ktorej začína rekryštalizácia (pre technický hliník je približne 150 C), a nízka hranica tečenia obmedzujú teplotný rozsah prevádzky hliníka na strane vysokých teplôt.

Ťažnosť hliníka sa nezhoršuje pri nízkych teplotách, až po hélium. Pri poklese teploty z +20 C na - 269 C sa pevnosť v ťahu zvýši 4-krát pre technický hliník a 7-krát pre vysoko čistý hliník. V tomto prípade sa elastický limit zvýši 1,5-krát.

Mrazuvzdornosť hliníka umožňuje jeho použitie v kryogénnych zariadeniach a konštrukciách.

Technologické vlastnosti.

Vysoká ťažnosť hliníka umožňuje vyrábať fólie (do hrúbky 0,004 mm), hlbokoťažné výrobky a použiť ich na nity.

Hliník technickej čistoty vykazuje pri vysokých teplotách krehkosť.

Schopnosť rezania je veľmi nízka.

Teplota rekryštalizačného žíhania je 350-400 C, teplota popúšťania je 150 C.

Zvárateľnosť.

Ťažkosti pri zváraní hliníka sú spôsobené 1) prítomnosťou silného inertného oxidového filmu, 2) vysokou tepelnou vodivosťou.

Hliník sa však považuje za vysoko zvárateľný kov. Zvar má pevnosť základného kovu (v žíhanom stave) a rovnaké korózne vlastnosti. Podrobnosti o zváraní hliníka nájdete napr.www. miesto zvárania.com.ua.

Aplikácia.

Hliník sa pre svoju nízku pevnosť používa len na nezaťažené konštrukčné prvky, kde je dôležitá vysoká elektrická alebo tepelná vodivosť, odolnosť proti korózii, ťažnosť alebo zvárateľnosť. Časti sú spojené zváraním alebo nitmi. Technický hliník sa používa na odlievanie aj valcované výrobky.

V sklade spoločnosti sú neustále plechy, drôty a pneumatiky vyrobené z technického hliníka.

(pozrite si príslušné stránky lokality). Ingoty A5-A7 sú k dispozícii na požiadanie.

Prírodný hliník pozostáva z jediného nuklidu, 27Al. Konfigurácia vonkajšej elektrónovej vrstvy je 3s2p1. Takmer vo všetkých zlúčeninách je oxidačný stav hliníka +3 (valencia III).

Polomer neutrálneho atómu hliníka je 0,143 nm, polomer iónu Al3+ je 0,057 nm. Energie sekvenčnej ionizácie neutrálneho atómu hliníka sú 5,984, 18,828, 28,44 a 120 eV. Podľa Paulingovej stupnice je elektronegativita hliníka 1,5.

Jednoduchá hmota hliníka je mäkký, ľahký, strieborno-biely kov.

Vlastnosti

Hliník je typická kovová plošne centrovaná kubická kryštálová mriežka, parameter a = 0,40403 nm. Teplota topenia čistého kovu je 660 °C, teplota varu je približne 2450 °C a hustota je 2,6989 g/cm3. Tepelný koeficient lineárnej rozťažnosti hliníka je asi 2,5·10-5 K-1 Štandardný elektródový potenciál Al 3+/Al je 1,663 V.

Chemicky je hliník pomerne aktívny kov. Na vzduchu je jeho povrch okamžite pokrytý hustým filmom oxidu Al 2 O 3, ktorý zabraňuje ďalšiemu prístupu kyslíka (O) ku kovu a vedie k zastaveniu reakcie, čo určuje vysoké antikorózne vlastnosti hliníka. . Ochranný povrchový film na hliníku sa vytvorí aj vtedy, ak sa umiestni do koncentrovanej kyseliny dusičnej.

Hliník aktívne reaguje s inými kyselinami:

6HCl + 2Al = 2AlCl3 + 3H2,

3H2S04 + 2Al = A12(S04)3 + 3H2.

Hliník reaguje s alkalickými roztokmi. Najprv sa rozpustí ochranný oxidový film:

Al203 + 2NaOH + 3H20 = 2Na.

Potom nastanú reakcie:

2Al + 6H20 = 2Al(OH)3 + 3H2,

NaOH + Al(OH)3 = Na,

alebo celkovo:

2Al + 6H20 + 2NaOH = Na + 3H2,

a v dôsledku toho vznikajú hlinitany: Na - hlinitan sodný (Na) (tetrahydroxoaluminát sodný), K - hlinitan draselný (K) (tetrahydroxoaluminát draselný), alebo iné.Keďže atóm hliníka v týchto zlúčeninách je charakterizovaný koordinačným číslom 6, nie 4, potom skutočné vzorce týchto tetrahydroxo zlúčenín sú nasledovné:

Na a K.

Pri zahrievaní hliník reaguje s halogénmi:

2Al + 3Cl2 = 2AlCl3,

2Al + 3 Br2 = 2AlBr3.

Je zaujímavé, že reakcia medzi práškom hliníka a jódu (I) začína pri teplote miestnosti, ak sa do počiatočnej zmesi pridá niekoľko kvapiek vody, ktorá v tomto prípade zohráva úlohu katalyzátora:

2Al + 3I2 = 2AlI3.

Interakcia hliníka so sírou (S) pri zahrievaní vedie k tvorbe sulfidu hlinitého:

2Al + 3S = Al2S3,

ktorý sa vodou ľahko rozkladá:

A12S3 + 6H20 = 2Al(OH)3 + 3H2S.

Hliník priamo neinteraguje s vodíkom (H), avšak nepriamymi spôsobmi, napríklad pomocou organohliníkových zlúčenín, je možné syntetizovať pevný polymér hydrid hlinito-hlinitý (AlH 3) x - veľmi silné redukčné činidlo.

Vo forme prášku je možné hliník spaľovať na vzduchu a vzniká biely, žiaruvzdorný prášok oxidu hlinitého Al 2 O 3 .

Vysoká pevnosť väzby v Al 2 O 3 určuje vysoké teplo jeho tvorby z jednoduchých látok a schopnosť hliníka redukovať mnohé kovy z ich oxidov, napr.

3Fe304 + 8Al = 4Al203 + 9Fe a dokonca

3CaO + 2Al = Al203 + 3Ca.

Tento spôsob získavania kovov je tzv aluminotermia.

Amfotérny oxid Al 2 O 3 zodpovedá amfotérnemu hydroxidu - amorfnej polymérnej zlúčenine, ktorá nemá konštantné zloženie. Zloženie hydroxidu hlinitého možno vyjadriť vzorcom xAl 2 O 3 ·yH 2 O, pri štúdiu chémie v škole sa vzorec hydroxidu hlinitého najčastejšie označuje ako Al(OH) 3.

V laboratóriu možno hydroxid hlinitý získať vo forme želatínovej zrazeniny výmennými reakciami:

Al2(S04)3 + 6NaOH = 2Al(OH)3 + 3Na2S04,

alebo pridaním sódy do roztoku hlinitej soli:

2AlCl3 + 3Na2C03 + 3H20 = 2Al(OH)3 + 6NaCl + 3C02,

ako aj pridanie roztoku amoniaku do roztoku hlinitej soli:

AICI3 + 3NH3.H20 = Al(OH)3 + 3H20 + 3NH4CI.

Názov a história objavu: latinský hliník pochádza z latinského alumen, čo znamená kamenec (síran hlinitý a draselný (K) KAl(SO 4) 2 12H 2 O), ktorý sa oddávna používa pri činení koží a ako adstringent. Vďaka vysokej chemickej aktivite trvalo objavenie a izolácia čistého hliníka takmer 100 rokov. K záveru, že „zem“ (žiaruvzdorná látka, moderne povedané - oxid hlinitý) možno získať kamenec, dospel už v roku 1754 nemecký chemik A. Marggraf. Neskôr sa ukázalo, že rovnakú „zem“ možno izolovať z hliny a začala sa nazývať oxid hlinitý. Až v roku 1825 sa dánskemu fyzikovi H. K. Ørstedovi podarilo získať kovový hliník. Chlorid hlinitý AlCl 3, ktorý bolo možné získať z oxidu hlinitého, spracoval amalgámom draslíka (zliatina draslíka (K) s ortuťou (Hg)) a ​​po oddestilovaní ortuti (Hg) izoloval šedý hliníkový prášok.

Len o štvrťstoročie neskôr bola táto metóda mierne modernizovaná. V roku 1854 francúzsky chemik A.E. Saint-Clair Deville navrhol použiť kovový sodík (Na) na výrobu hliníka a získal prvé ingoty nového kovu. Náklady na hliník boli v tom čase veľmi vysoké a vyrábali sa z neho šperky.

Priemyselný spôsob výroby hliníka elektrolýzou taveniny zložitých zmesí, vrátane oxidu hlinitého, fluoridu a iných látok, nezávisle vyvinuli v roku 1886 P. Héroux (Francúzsko) a C. Hall (USA). Výroba hliníka je spojená s vysokou spotrebou energie, preto sa vo veľkom začala realizovať až v 20. storočí. V Sovietskom zväze bol prvý priemyselný hliník vyrobený 14. mája 1932 v hliníkárni Volchov, postavenej vedľa vodnej elektrárne Volchov.