Алюминий — металл¶
Алюминий — химический элемент 13-й группы третьего периода периодической таблицы Менделеева, обозначение Al, порядковый номер 13. Относится к лёгким металлам: плотность 2,70 г/см³ (при 20 °C), температура плавления 660,3 °C, кипения 2470 °C. Наиболее распространённый металл в земной коре — около 8,1 % её массы, уступая по содержанию лишь кислороду и кремнию. В природе алюминий не встречается в чистом виде: из-за высокой химической активности он образует устойчивые оксидные и силикатные соединения.
¶Свойства
Алюминий — серебристо-белый металл с характерным матовым блеском. Обладает низкой плотностью (около трети плотности стали), высокой тепло- и электропроводностью, что уступает лишь серебру, меди и золоту. Химически активен: на воздухе мгновенно покрывается тонкой оксидной плёнкой Al₂O₃ толщиной около 10 нм, которая защищает металл от дальнейшего окисления и коррозии. Амфотерен — реагирует как с кислотами, так и со щелочами. Механически пластичен: легко прокатывается в фольгу толщиной до 0,006 мм и вытягивается в проволоку. Обладает низкой температурой плавления, что облегчает литьё и обработку.
¶История
Название элемента происходит от латинского слова alumen — «квасцы», которые использовались в древности как протрава при крашении. Впервые алюминий был выделен в 1825 году датским физиком Хансом Кристианом Эрстедом, а в 1827 году немецкий химик Фридрих Вёлер получил его более чистым способом. В 1855 году металл был впервые показан на Всемирной выставке в Париже в виде небольших слитков, ценившихся дороже золота. К 1880-м годам стоимость алюминия составляла около 40 долларов за фунт.
Переломным стал 1886 год, когда независимо друг от друга Чарлз Холл в США и Поль Эру в Франции разработали электролитический способ получения алюминия из глинозёма (Al₂O₃) в расплавленном криолите. Этот процесс, известный как электролизный метод Холла — Эру, позволил резко снизить стоимость металла: к 1900 году цена упала до 2 долларов за фунт, а к середине XX века алюминий стал массовым конструкционным материалом.
¶Получение
Промышленный способ получения алюминия основан на электролизе расплава глинозёма в криолите (Na₃AlF₆) при температуре около 950 °C. Анодом служит угольный бак, катодом — расплавленный металл на дне. Основным сырьём является боксит — руда, содержащая гидрооксиды алюминия. Наибольшими производителями алюминия являются Китай, Индия, Россия и ОАЭ. В России крупнейшими предприятиями отрасли являются «Русал» и «Сибэлектрометаллург» (Братск, Красноярск, Новокузнецк, Ачинск). Страна входит в число мировых лидеров по выплавке металла.
¶Применение
Алюминий — один из самых востребованных металлов в мире, ежегодная мировая выплавка превышает 65 млн тонн. Основные области применения:
- Машиностроение и авиастроение — сплавы Д16, В95, АМг используются в конструкциях самолётов, автомобилей, судов; алюминий и его сплавы составляют до 80 % массы современного пассажирского самолёта.
- Энергетика — алюминиевые провода и кабели, так как металл дешевле меди и легче при сопоставимой электропроводности.
- Строительство — оконные и фасадные системы, кровельные материалы, армирование бетона.
- Пищевая промышленность — фольга, банки, упаковка.
- Металлургия — алюминий как раскислитель и легирующая добавка в сталях и цветных сплавах.
¶Сплавы
Чистый алюминий мягок, поэтому в технике применяют его сплавы. Наиболее распространены сплавы с медью (Д16, АК), магнием (АМг, АМц), кремнием (силумины) и цинком (В95). Сплавы делятся на деформируемые (прокатываемые, кузнечные) и литейные. Литейные силумины широко применяются в автомобильной промышленности для отливки блоков цилиндров, корпусов агрегатов и дисков колёс.
¶Интересные факты
- Алюминий — третий по распространённости элемент во Вселенной после водорода и гелия.
- В XIX веке алюминий ценился дороже золота: на вершине Вашингтона в 1884 году был установлен пирамидальный шпиль из алюминия как демонстрация достижений науки.
- Алюминиевая фольга используется в науке как экран для защиты от электромагнитного излучения.
Источники:
- «Большая советская энциклопедия», статья «Алюминий»
- Википедия, статья «Алюминий»
- Глинозём и алюминий: учебник по металлургии цветных металлов, под ред. А. И. Тайца
- Менделеев Д. И. «Основы химии»