A fémek olyan elemek csoportja, amelyek egyedi tulajdonságokkal rendelkeznek, mint például az elektromos vezetőképesség, a nagy hőátadás, a pozitív ellenállási együttható, a jellegzetes csillogás és a relatív hajlékonyság. Az ilyen típusú anyagok kémiai vegyületekben egyszerűek.
Csoportok szerinti osztályozás
A fémek az emberiség által a történelem során leggyakrabban használt anyagok közé tartoznak. Legtöbbjük a földkéreg középső rétegeiben található, de vannak olyanok is, amelyek a hegyi üledékek mélyén rejtőznek.
Jelenleg a fémek foglalják el a periódusos rendszer legnagyobb részét (118 elemből 94). A hivatalosan elismert csoportok közül érdemes megemlíteni a következő csoportokat:
1. Lúgos(lítium, kálium, nátrium, francium, cézium, rubídium). Vízzel érintkezve hidroxidot képeznek.
2. Alkáliföld(kalcium, bárium, stroncium, rádium). Sűrűségükben és keménységükben különböznek egymástól.
3. Tüdő(alumínium, ólom, cink, gallium, kadmium, ón, higany). Alacsony sűrűségük miatt gyakran használják ötvözetekben.
4. Átmeneti(urán, arany, titán, réz, ezüst, nikkel, vas, kobalt, platina, palládium stb.). Változó oxidációs állapotúak.
5. Félfémek(germánium, szilícium, antimon, bór, polónium stb.). Szerkezetükben kristályos kovalens rács található.
6. Actinoidok(amerícium, tórium, aktínium, berkelium, kúrium, fermium stb.).
7. Lantanidész(gadolínium, szamárium, cérium, neodímium, lutécium, lantán, erbium stb.).
Érdemes megjegyezni, hogy vannak fémek a földkéregben és olyanok is, amelyek nincsenek csoportosítva. Ezek közé tartozik a magnézium és a berillium.
Natív vegyületek
A természetben a kristálykémiai kodifikációnak külön osztálya van. Ezek az elemek olyan natív ásványokat tartalmaznak, amelyek összetételükben nem kapcsolódnak egymáshoz. A természetes fémek leggyakrabban geológiai folyamatok eredményeként jönnek létre.
Kristályos állapotban 45 anyag ismeretes a földkéregben. Legtöbbjük rendkívül ritka a természetben, ezért magasak a költségek. Az ilyen elemek aránya mindössze 0,1%. Érdemes megjegyezni, hogy ezeknek a fémeknek a megtalálása is munkaigényes és költséges folyamat. Stabil héjjal és elektronokkal rendelkező atomok használatán alapul.
A természetes fémeket nemesfémeknek is nevezik. Jellemzőjük a vegyületek kémiai tehetetlensége és stabilitása. Ide tartozik az arany, palládium, platina, irídium, ezüst, ruténium stb. A réz leggyakrabban a természetben található. A vas natív állapotban főleg a hegyvidéki lerakódásokban van jelen meteoritok formájában. A csoport legritkább elemei az ólom, a króm, a cink, az indium és a kadmium.
Alaptulajdonságok
Szinte minden fém normál körülmények között kemény és tartós. Kivétel a francium és a higany, amelyek a csoport összes elemére nézve lúgosak. Hatósága -39 és +3410 Celsius fok között mozog. A volfrám az olvadásnak leginkább ellenálló. Összetételei csak +3400 C-on veszítik el stabilitásukat. A könnyen olvadó fémek közül az ólmot és az ónt kell megkülönböztetni.
Az elemeket sűrűség (könnyű és nehéz) és plaszticitás (kemény és puha) szerint is felosztják. Minden fém csatlakozás kiváló vezető. Ezt a tulajdonságot az aktív elektronokat tartalmazó kristályrácsok jelenléte határozza meg. A réz, az ezüst és az alumínium vezetőképessége a legnagyobb, a nátriumnak valamivel alacsonyabb a vezetőképessége. Érdemes megjegyezni a fémek magas termikus tulajdonságait. Az ezüstöt tartják a legjobb hővezetőnek, a higanyt a legrosszabbnak.
Fémek a környezetben
Leggyakrabban az ilyen elemek az ércekben találhatók. A természetben a fémek szulfitokat, oxidokat és karbonátokat képeznek. A vegyületek tisztításához először el kell különíteni őket az érctől. A következő lépés az ötvözés és a kikészítés.
Az ipari kohászatban különbséget tesznek a vas- és a nemvasércek között. Az előbbiek vasvegyületekre épülnek, az utóbbiak más fémekre. A nemesfémeket platinának, aranynak és ezüstnek tekintik. Legtöbbjük a földkéregben található. Kis része azonban tengervízből is származik.
Még az élő szervezetekben is vannak nemes elemek. Az ember körülbelül 3% fémvegyületet tartalmaz. A szervezet nagymértékben tartalmaz nátriumot és kalciumot, amelyek intercelluláris elektrolitként működnek. A magnézium szükséges a központi idegrendszer és az izomtömeg normál működéséhez, a vas jót tesz a vérnek, a réz a májnak.
Fémvegyületek keresése
A legtöbb elem mindenhol a talaj felső rétege alatt található. A földkéregben a leggyakoribb fém az alumínium. Százaléka 8,2%-on belül változik. A leggyakoribb fém megtalálása a földkéregben nem nehéz, mivel az ércek formájában fordul elő.
A vas és a kalcium valamivel ritkábban található meg a természetben. Arányuk 4,1%. Ezután jön a magnézium és a nátrium - egyenként 2,3%, a kálium - 2,1%. A természetben fennmaradó fémek legfeljebb 0,6% -ot foglalnak el. Figyelemre méltó, hogy a magnézium és a nátrium egyaránt megtalálható szárazföldön és tengervízben.
A fémes elemek a természetben ércek formájában vagy természetes állapotban, például réz vagy arany formájában fordulnak elő. Vannak olyan anyagok, amelyeket oxidokból és szulfidokból kell előállítani, például hematit, kaolin, magnetit, galéna stb.
Fémgyártás
Az elemek kinyerésének eljárása az ásványok kinyerésére vonatkozik. A fémek felfedezése a természetben ércek formájában a legegyszerűbb és leggyakoribb folyamat az iparban. A kristályos lerakódások felkutatásához speciális geológiai berendezéseket használnak az anyagok összetételének elemzésére egy adott földterületen. Ritkábban a fémek felfedezése a természetben a banális nyílt földalatti módszerre vezethető vissza.
A bányászat után kezdődik a dúsítási szakasz, amikor az érckoncentrátumot leválasztják az eredeti ásványtól. Az elemek megkülönböztetésére nedvesítést, elektromos áramot, kémiai reakciókat és hőkezelést használnak. Leggyakrabban a fémérc felszabadulása olvadás, azaz redukciós melegítés eredményeként következik be.
Alumínium bányászat
Ezt a folyamatot színesfémkohászat végzi. A fogyasztás és a termelés mértékét tekintve vezető szerepet tölt be a többi nehézipar között. A földkéreg legelterjedtebb fémére nagy a kereslet a modern világban. A gyártási mennyiséget tekintve az alumínium a második az acél után.
Ezt az elemet leginkább a légi közlekedésben, az autóiparban és az elektromos iparban használják. Figyelemre méltó, hogy a földkéreg leggyakoribb féme „mesterségesen” is beszerezhető. Egy ilyen kémiai reakcióhoz bauxitra lenne szükség. Alumínium-oxid keletkezik belőlük. Ha ezt az anyagot elektromos áram hatására szénelektródákkal és fluorid sóval kombinálja, akkor a legtisztább
Ennek az alkatrésznek a gyártói között a vezető ország Kína. Évente 18,5 millió tonna fémet olvasztanak ott. Az alumíniumgyártás hasonló rangsorában vezető vállalat az orosz-svájci UC RUSAL szövetség.
Fémek alkalmazása
A csoport minden eleme tartós, vízhatlan és viszonylag hőálló. Ez az oka annak, hogy a fémek olyan gyakoriak a mindennapi életben. Ma elektromos vezetékek, ellenállások, berendezések és háztartási cikkek készítésére használják őket.
A fémek ideális szerkezeti anyagok, az építőiparban tiszta és kombinált ötvözeteket használnak. A gépészetben és a repülésben a fő csatlakozások az acél és a keményebb kötések.
A földkéreg első öt helyét (anyagtömeg szerint) a következő elemek foglalják el: oxigén, szilícium, alumínium, vas és kalcium. A földkéreg 1 tonnája 466 kg oxigént tartalmaz,
szilícium 277,2 kg, alumínium 81,3 kg, vas 50 kg és kalcium 36,3 kg. Ennek az öt elemnek a teljes tömege a földkéreg egy tonnájában a földkéreg tömegének körülbelül 92%-át teszi ki. A fennmaradó 101 elem tömegének valamivel több mint 8%-át teszi ki.
Figyelemre méltó, hogy ebből az öt elemből kettő, amely mindkét első helyet foglalja el, egyáltalán nem fém, és összmennyiségük a földkéreg tömegének csaknem háromnegyede. Így az alumínium, a vas és az összes többi 77 fém a földkéreg tömegének kevesebb mint egynegyedét teszi ki.
Tehát a nyolc tucat fém közül a földkéreg legnagyobb mennyisége alumínium (több mint 8%). Paradox, de igaz, hogy a földkéregben legnagyobb mennyiségben előforduló fémet sokkal később fedezték fel, mint a legtöbbet.
Az alumíniumtartalmú timsót az ókorban ismerték. Az ókori római történész, Idősebb Plinius írásai említik őket. A timsót egyébként latinul „alumennek” hívták. A középkori tudós, orvos és természettudós, Paracelsus megállapította, hogy a timsó „egy bizonyos timsóföld sója”. Kilenc évvel Paracelsus halála után Markgraf vegyész képes volt elkülöníteni az „timsóföldet” - az alumínium-oxidot (alumínium-oxid Al 2 O 3). Lomonoszov idejében felvetődött, hogy a timsónak egy ismeretlen kémiai elemet kell tartalmaznia. A fiatal angol tudós, Humphrey Devy 1808-ban kezdett utána kutatni. Ezt az elemet még alumíniumnak is nevezte, de soha nem tudott alumíniumot előállítani. 17 évig az alumínium csak nevében létezett. 1825-ben a dán Oerstednek és 18127-ben a német Wöhlernek sikerült megszereznie ennek a fémnek az első szemcséit. Sainte-Clair-Deville francia vegyésznek csak 1864-ben sikerült megszereznie az első ipari alumíniumot. Tizenegy évvel később N. N. Beketov orosz kémikus gazdaságosabb módszert dolgozott ki az alumínium alumínium-oxidból történő előállítására. Ezt a módszert Franciaországban és Németországban a 19. század végéig használták. De az ezzel a módszerrel nyert alumínium értékben egyenértékű volt az arannyal.
III. Napóleon és családtagjai például alumíniumvillát és kanalakat használtak a banketteken, míg mindenki másnak maradt az arany és ezüst evőeszközök használata, mivel az olcsóbb volt.
Csak azután dőlt el az alumínium sorsa, hogy A. F. Mozhaisky orosz kapitány megalkotta a világ első repülőgépét, és egy másik orosz kapitány, O. S. Kostovich megpróbált belső égésű motort szerelni egy irányított ballonra. Kiderült, hogy pontosan erre a fémre van szüksége a repülésnek. Századunk első évtizedében a repülőgépgyártás életre hívta az alumíniumkohászat fejlődését, termelésének javítását és a költségek erőteljes csökkenését.
18®9-ben az Angol Királyi Társaság kitüntette Dmitrij Ivanovics Mengyelejevet a periodikus törvény felfedezésének 20. évfordulója alkalmából. Mengyelejevnek alumíniumból és aranyból készült mérleget ajándékoztak.
1604-ben az orosz tudományos közösség D. I. Mengyelejev 70. évfordulójára készült. Nagy összeg gyűlt össze. A pénzt egy ékszergyártó cégnek utalták át. Megbízták, hogy készítsen egy nagy rózsavázát. A rózsaszirmokat aranyból, a vázát és a leveleket pedig alumíniumból kellett készíteni. Két nemesfém!
Most a vas után az alumínium a legolcsóbb fém.
A globális alumíniumtermelés az elmúlt években meredeken emelkedett. Jóval megelőzte a réz, ón1, ólom és más fémek gyártását. Az öntöttvas és az acél után ma már az alumíniumöntés a legelterjedtebb szerte a világon.
Sok különböző fém található bolygónkon. Vannak olyanok, amelyekről kevesen tudnak, és ott van a legelterjedtebb fém is a Földön. Ez a fém a leggyakrabban megtalálható bolygónkon, és hihetetlen szerepet játszik az egész emberiség fejlődésében. Hazánkban a leggyakrabban bányászott fémek a króm, a vas és a mangán. De ha az egész világot egészében vesszük, akkor magabiztosan megválaszolható a kérdés, hogy melyik fém a leggyakoribb a Földön - alumínium.
Az alumínium főbb jellemzői
A földkéregben a leggyakoribb fém a teljes összetétel körülbelül kilenc százalékában található meg. Ez a fémmennyiség, amelyet 1825-ben fedeztek fel, valóban lenyűgöző - a tudósok szerint még a távoli jövőben sem várható tartalékainak kimerülése. Az alumínium azonban tiszta formában nem fordul elő a természetben - ez a fém erős kémiai aktivitásának köszönhető. A tudósok azonban számos ásványt azonosítottak, amelyekben a leggyakoribb fém található.
Az alumíniumot tulajdonságai miatt nagyra értékelik. Tartós, képlékeny, könnyű, és nem okoz nehézséget a feldolgozás során. Korrózióálló, nagy hővezető képességgel rendelkezik, elektromosan vezetőképes, könnyen kovácsolható, hengerelhető, préselhető, hegeszthető.
Az alumínium nagy népszerűsége szilárdsági jellemzőivel és hosszú élettartamával magyarázható. Ezenkívül a fém nem tartalmaz káros összetevőket, ami a legmagasabb környezetbarát jellegét jelzi.
Jelenlét nemcsak a földkéregben
Érdekes tény, hogy az alumínium nemcsak a földkéregben található, hanem az élő szervezetekben is. A fém a májban, a hasnyálmirigyben és a pajzsmirigyben halmozódik fel. A marhahús kilogrammonként körülbelül hetven milligramm alumíniumot tartalmaz.
Általánosan használt fém: alkalmazás
Bősége miatt az alumíniumot igen széles körben használják az élet különböző területein. Ezért egyáltalán nem meglepő, hogy ezt az ezüst színű fémet különféle iparágakban (repülés, űripar, építőipar, autóipar) használják.
És hány edény készül ebből a csodálatos fémből - lombikok, kanalak, villák, tálak, csészék stb. Alig százötven évvel ezelőtt még csak a leggazdagabb emberek ettek ilyen edényekből, mert a tizenkilencedik század végéig az alumínium értéke még az ezüstöt is meghaladta. Ebből az ezüstös fémből nemcsak edények, hanem ékszerek is készültek, amelyeket előkelő emberek előszeretettel mutattak meg az egész világnak. Alumínium edényből ma már bárki ehet, és nem számít drágának. Ez azonban egyáltalán nem csökkenti a fém elterjedtségét.
Az alumíniumban rejlő összes tulajdonság lehetővé teszi, hogy szinte bárhol használható legyen. Főleg olyan ötvözeteket használnak, amelyek az elektrotechnikától az űrfejlesztésig szükséges alkalmazásokhoz szükségesek. Az alumíniumot széles körben használják robbanóanyagok gyártására. 
Egészen a közelmúltig ritkán lehetett alumínium kereteket látni az ablakokon. Ma ez mindenütt jelen van – különösen az alumínium profilú ablakokat használják az erkélyek üvegezésére. Az alumínium profilokat reklámszalagok, válaszfalak, oszlopkeretek stb. gyártásához is használják.
Közönséges nemesfémek
A nemesfémek között az elterjedtség tekintetében a vezető a ródium. Kiválóan ellenáll a korróziónak, a vegyi hatásoknak és az olvadásnak. Ezekre a jellemzőkre nagy a kereslet az autóiparban. A második legelterjedtebb nemesfém a platina, amelyből ékszereket készítenek.
Az alumínium az egyik legelterjedtebb elem a természetben, csak az oxigén és a szilícium múlja felül, a fémek között pedig az első helyen áll bőségében. Olyan sok van belőle, hogy a szakértők a földkéregben lévő tömeghányadát akár 8%-ra is becsülik. Kémiai elemként az alumínium rengeteg ásványi anyagban található, például zafírban és rubinban, gránitban és földpátban, smaragdban és természetesen bauxitban - alumíniumércben.
Az alumínium tulajdonságai
Az alumínium fő fizikai tulajdonságai közül különösen meg kell jegyezni a következőket:
Nagyon alacsony sűrűség, háromszor kisebb, mint az acél, a cink és a réz sűrűsége (az alumínium könnyűfém);
- nagy elektromos vezetőképesség, amelynek értéke a réz és az ezüst után a második;
- magas hővezető képesség;
- korrozióállóság;
- nagy rugalmasság (lágy fém);
- tükröző képesség;
- paramágnesesség;
- más fémekkel való ötvözetképzés képessége;
- a rugalmasság fenntartása és a szilárdság növelése nagyon alacsony hőmérsékleten;
- nem mérgező.
Az alumínium mechanikai úton könnyen feldolgozható, hidegen és melegen megmunkálható, a legvékonyabb fóliába és huzalba tekerhető, és porrá alakítható.
Tiszta formájában az alumínium nagyon aktív fém, amely kémiai reakcióba lép savakkal és lúgokkal, oxigénnel, szénnel, nitrogénnel, halogénekkel, vízzel és más anyagokkal.
Paradox módon az alumínium kiemelkedő korrózióállósága a fém kémiai reakcióképességén alapul. Levegőben az alumíniumot azonnal Al2O3 film borítja, amely normál körülmények között megbízhatóan védi a fémet minden további reakciótól. Ezért az alumínium gyakorlatilag soha nem található meg eredeti formájában, csak vegyületek formájában.
Alumínium alkalmazása
Az alumínium rendkívül népszerű fém a tudomány és a gyártás számos ágában. Évente millió tonnában gyártják, évről évre egyre többet. Az alumínium felhasználása új, modern kompozit anyagok gyártásában nagyon ígéretes.
Alumíniumból készült:
Különféle ötvözetek, amelyek az alumínium alacsony sűrűségét örökölve tartósak, így alkalmasak csövek, profilok, szerkezeti elemek, például dugattyúk és csapágyak, repülőgép- és gépjárműmotor-alkatrészek és -házak gyártására;
- vezetékek, kábelek, vezetékek elektromos vezetékekhez és vezetékek mikrochipekhez;
- edények és edények élelmiszerek elkészítéséhez és tárolásához;
- motorok, hűtő- és fűtőrendszerek alkatrészei;
- tükrök, teleszkóp reflektorok, reflektorok;
- magas újrahasznosítási arányú csomagolóanyagok;
- tetőfedő anyag;
- alumíniumpor olyan festék előállításához, amely ellenáll a kedvezőtlen külső feltételeknek;
- alufólia kondenzátorokhoz, szigetelőkhöz, nyomdagyártáshoz, élelmiszer-csomagoláshoz;
- robbanó- és pirotechnikai keverékek komponensei, szilárd rakéta-üzemanyag, termitkeverék vastag falú szerkezetek hegesztéséhez.
Ezenkívül alumíniumot használnak: 
Fontos kémiai reagensként - redukálószer;
- a kohászatban;
- a kriogén technológiában;
- alumíniumozáshoz (vékony alumíniumrétegű bevonat).
A Prime Chemicals Group üzletében kedvező áron vásárolhat alumíniumot különféle formákban - szemcsés, szulfátos, fluoridos, vízmentes stb. Vegyi reagenseket, laboratóriumi berendezéseket és műszereket, laboratóriumi üvegárut is kínálunk. Azonnali szállítás és átvétel Mytishchiből lehetséges.
Furcsa módon - alumínium
A Földön a leggyakoribb fém az alumínium. Az alumínium (lat. Aluminium), Al a Mengyelejev-féle periodikus rendszer III. csoportjának kémiai eleme. Atomszáma 13, atomtömege 26,9815. Ezüst-fehér könnyűfém. Egy stabil 27Al izotópból áll.
Történelmi hivatkozás
Az alumínium név a latinból származik. alumen – tehát Kr.e. 500-ban. e. alumínium timsónak nevezett, amelyet maróanyagként használtak szövetek festésére és bőr cserzésére. A dán tudós, H. K. Oersted 1825-ben, kálium-amalgámmal vízmentes AlCl 3-ra hatva, majd a higanyt ledesztillálta, viszonylag tiszta alumíniumot kapott. Az első ipari módszert alumínium előállítására A. E. Saint-Clair Deville francia kémikus javasolta 1854-ben: a módszer az alumínium és a nátrium Na 3 AlCl 6 kettős kloridjának fémes nátriummal történő redukálásából állt. Az ezüsthöz hasonló színű alumínium kezdetben nagyon drága volt. 1855 és 1890 között mindössze 200 tonna alumíniumot gyártottak. Az alumínium kriolit-alumínium-oxid olvadék elektrolízisével történő előállításának modern módszerét 1886-ban egyidejűleg és egymástól függetlenül fejlesztette ki C. Hall az USA-ban és P. Heroux Franciaországban.
Az alumínium elterjedése a természetben
A természetben való bőség tekintetében az alumínium az oxigén és a szilícium után a 3., a fémek között pedig az 1. helyen áll. Tartalma a földkéregben 8,80 tömeg%. Az alumínium kémiai aktivitása miatt nem fordul elő szabad formában. Több száz alumínium ásvány ismert, főként az alumínium-szilikátok. A bauxit, az alunit és a nefelin ipari jelentőségűek. A nefelin kőzetek timföldben szegényebbek, mint a bauxit, de komplex felhasználásuk során fontos melléktermékek keletkeznek: szóda, hamuzsír, kénsav. A Szovjetunióban kidolgoztak egy módszert a nefelinek integrált használatára. A Szovjetunióban a nefelinércek a bauxittal ellentétben nagyon nagy lerakódásokat képeznek, és gyakorlatilag korlátlan lehetőségeket teremtenek az alumíniumipar fejlesztésére.
Az alumínium fizikai tulajdonságai
Az alumínium egy nagyon értékes tulajdonságkészletet egyesít: alacsony sűrűség, magas hő- és elektromos vezetőképesség, nagy alakíthatóság és jó korrózióállóság. Könnyen kovácsolható, bélyegezhető, hengerelhető, húzható. Az alumínium jól hegeszthető gáz-, kontakt- és más típusú hegesztéssel. Az alumíniumrács köbös felületű, a paraméter a = 4,0413 Å. Az alumínium tulajdonságai tehát, mint minden fém, a tisztaságától függenek. A nagy tisztaságú alumínium (99,996%) tulajdonságai: sűrűség (20 °C-on) 2698,9 kg/m 3; tpl 660,24 °C; forráspontja körülbelül 2500 °C; hőtágulási együttható (20°-ról 100°C-ra) 23,86·10 -6 ; hővezető képesség (190°C-on) 343 W/m·K, fajlagos hőkapacitás (100°С-on) 931,98 J/kg·K. ; elektromos vezetőképesség rézre vonatkoztatva (20 °C-on) 65,5%. Az alumínium szilárdsága alacsony (szakítószilárdság 50-60 Mn/m2), keménysége (Brinell szerint 170 Mn/m2) és nagy a rugalmassága (akár 50%). A hideghengerlés során az alumínium szakítószilárdsága 115 MN/m2-re, keménysége - 270 MN/m2-re, a relatív nyúlás 5%-ra csökken (1 MN/m2 ~ és 0,1 kgf/mm2). Az alumínium erősen polírozott, eloxált, és az ezüsthöz közeli nagy fényvisszaverő képességgel rendelkezik (a beeső fényenergia akár 90%-át is visszaveri). Az oxigénnel szembeni nagy affinitású alumíniumot a levegőben vékony, de nagyon erős Al 2 O 3 oxid film borítja, amely megvédi a fémet a további oxidációtól, és meghatározza annak magas korróziógátló tulajdonságait. Az oxidfilm szilárdsága és védőhatása nagymértékben csökken higany, nátrium, magnézium, réz stb. szennyeződések jelenlétében. Az alumínium ellenáll a légköri korróziónak, a tengervíznek és az édesvíznek, gyakorlatilag nem lép kölcsönhatásba tömény vagy erősen hígított salétromsavval savak, szerves savak, élelmiszeripari termékek.
Az alumínium kémiai tulajdonságai
Az alumíniumatom külső elektronhéja 3 elektronból áll, szerkezete 3s 2 3p 1. Normál körülmények között a vegyületekben lévő alumínium 3 vegyértékű, de magas hőmérsékleten egyértékű is lehet, úgynevezett alvegyületeket képezve. Alumínium szubhalogenidek, AlF és AlCl, csak gázhalmazállapotban, vákuumban vagy inert atmoszférában stabilak, amikor a hőmérséklet csökken, lebomlanak (aránytalanul) tiszta Al-ra és AlF 3 -ra vagy AlCl 3 -ra, és ezért ultratiszta alumínium előállítására használhatók. . Hevítéskor a finomra őrölt vagy porított alumínium erőteljesen ég a levegőben. Az alumínium oxigénáramban történő elégetésével 3000 °C feletti hőmérséklet érhető el. Az alumínium azon tulajdonságát, hogy aktívan kölcsönhatásba lép az oxigénnel, a fémek oxidjaikból való visszaállítására szolgál (aluminotermia). Sötétvörös hő hatására a fluor energikusan kölcsönhatásba lép az alumíniummal, AlF 3 -ot képezve. A klór és a folyékony bróm szobahőmérsékleten reagál az alumíniummal, a jóddal - melegítéskor. Magas hőmérsékleten az alumínium nitrogénnel, szénnel és kénnel egyesül, így AlN-nitrid, Al 4 C 3 karbid és Al 2 S 3 szulfid keletkezik. Az alumínium nem lép kölcsönhatásba hidrogénnel; Alumínium-hidridet (AlH 3) X közvetett úton kaptuk. Nagy érdeklődésre tartanak számot az alumínium kettős hidridjei és a MeH n · n AlH 3 összetételű periodikus rendszer I és II csoportjának elemei, az úgynevezett alumínium-hidridek. Az alumínium könnyen oldódik lúgokban, hidrogént szabadít fel és aluminátokat képez. A legtöbb alumíniumsó jól oldódik vízben. Az alumíniumsók oldatai a hidrolízis következtében savas reakciót mutatnak.
Alumínium beszerzése
Az iparban az alumíniumot NasAlF 6 olvadt kriolitban körülbelül 950 °C hőmérsékleten feloldott alumínium-oxid Al 2 O 3 elektrolízisével állítják elő. Három fő kialakítású elektrolizátort használnak: 1) folyamatos önsütő anódokkal és oldalsó áramellátással rendelkező elektrolizátorok. , 2) ugyanaz, de felső áramellátással és 3) elektrolizátorok sült anódokkal. Az elektrolitfürdő vasburkolat, belül hő- és elektromos szigetelő anyaggal - tűzálló téglával bélelve, valamint szénlapokkal és -tömbökkel bélelve. A munkatérfogatot 6-8% alumínium-oxidból és 94-92% kriolitból álló olvadt elektrolittal töltik fel (általában AlF 3 és körülbelül 5-6% kálium- és magnézium-fluorid keverék hozzáadásával). A katód a fürdő alja, az anód az elektrolitba mártott égetett széntömbök vagy a töltött önsütő elektródák. Amikor az áram áthalad, olvadt alumínium szabadul fel a katódon, amely felhalmozódik a kandallón, és az anódon - oxigén, amely CO-t és CO 2 -t képez a szénanóddal. Az alumínium-oxid, a fő fogyóanyag, magas követelményeket támaszt a tisztaság és a részecskeméret tekintetében. Az alumíniumnál elektropozitívabb elemek oxidjainak jelenléte az alumínium szennyeződéséhez vezet. Elegendő timföldtartalom mellett a fürdő normálisan működik 4-4,5 V nagyságrendű elektromos feszültséggel. A fürdők sorba vannak kötve egy egyenáramú forráshoz (150-160 fürdő sorba). A modern elektrolizátorok akár 150 kA áramerősséggel működnek. Az alumíniumot általában vákuumkanál segítségével távolítják el a fürdőkből. A 99,7%-os tisztaságú olvadt alumíniumot formákba öntik. A nagy tisztaságú alumíniumot (99,9965%) a primer alumínium elektrolitikus finomításával állítják elő az úgynevezett háromrétegű módszerrel, amely csökkenti a Fe, Si és Cu szennyeződések tartalmát. Az alumínium szerves elektrolitok felhasználásával végzett elektrolitikus finomítási folyamatának tanulmányozása megmutatta annak alapvető lehetőségét, hogy viszonylag alacsony energiafogyasztás mellett 99,999%-os tisztaságú alumíniumot nyerjünk, de ez a módszer eddig alacsony termelékenységgel rendelkezik. Az alumínium mélytisztítására zónaolvasztást vagy szubfluoridos desztillációt használnak.
Alumínium alkalmazása
Az alumínium elektrolitikus gyártása során áramütés, magas hőmérséklet és káros gázok keletkezhetnek. A balesetek elkerülése érdekében a fürdőkádak megbízhatóan szigeteltek, száraz filccsizmát és megfelelő védőruházatot használnak. Az egészséges légkört hatékony szellőztetés biztosítja. A fémes alumíniumból és oxidjából származó por állandó belélegzése esetén tüdőaluminózis léphet fel. Az alumíniumgyártással foglalkozó dolgozóknak gyakran vannak felső légúti hurutjai (rhinitis, pharyngitis, laryngitis). A fémalumínium, oxidja és ötvözetei porának megengedett legnagyobb koncentrációja a levegőben 2 mg/m 3.
Az alumínium fizikai, mechanikai és kémiai tulajdonságainak kombinációja meghatározza széles körű alkalmazását a technológia szinte minden területén, különösen más fémekkel alkotott ötvözetek formájában. Az elektrotechnikában az alumínium sikeresen helyettesíti a rezet, különösen a masszív vezetők gyártásában, például felsővezetékekben, nagyfeszültségű kábelekben, kapcsolóberendezési buszokban, transzformátorokban (az alumínium elektromos vezetőképessége eléri a réz elektromos vezetőképességének 65,5%-át, ill. több mint háromszor könnyebb a réznél, azonos vezetőképességű keresztmetszetű, az alumíniumhuzalok tömege fele a réznek). Az ultratiszta alumíniumot elektromos kondenzátorok és egyenirányítók gyártásához használják, amelyek működése az alumínium-oxid film azon képességén alapul, hogy az elektromos áramot csak egy irányba vezeti át. A zóna olvasztással tisztított ultratiszta alumíniumot A III B V típusú félvezető vegyületek szintézisére használják, amelyeket félvezető eszközök gyártásához használnak. A tiszta alumíniumot különféle típusú tükörreflektorok gyártásához használják. A nagy tisztaságú alumíniumot a fémfelületek légköri korrózió elleni védelmére használják (burkolat, alumíniumfesték). Viszonylag alacsony neutronabszorpciós keresztmetszetével az alumíniumot atomreaktorok szerkezeti anyagaként használják.
A nagy kapacitású alumínium tartályok folyékony gázokat (metán, oxigén, hidrogén stb.), salétrom- és ecetsavakat, tiszta vizet, hidrogén-peroxidot és étkezési olajokat tárolnak és szállítanak. Az alumíniumot széles körben használják élelmiszeripari berendezésekben és készülékekben, élelmiszerek csomagolására (fólia formájában), valamint különféle háztartási cikkek gyártására. Az épületek, építészeti, közlekedési és sportszerkezetek befejezéséhez használt alumínium felhasználása meredeken nőtt.
Alumínium a kohászatban
A kohászatban az alumínium (a rajta alapuló ötvözetek mellett) az egyik legelterjedtebb ötvöző adalék a réz-, magnézium-, titán-, nikkel-, cink- és vasalapú ötvözetekben. Az alumíniumot az acél dezoxidálására is használják a formába öntés előtt, valamint bizonyos fémek alumíniumtermikus eljárással történő előállítási folyamataiban. Alumínium alapú porkohászattal hozták létre az SAP-t (szinterezett alumíniumpor), amely 300°C feletti hőmérsékleten nagy hőállósággal rendelkezik.
Az alumíniumot robbanóanyagok (ammonál, alumotol) gyártásához használják. Különféle alumíniumvegyületeket széles körben alkalmaznak.
Az alumínium termelése és felhasználása folyamatosan növekszik, jelentősen meghaladva az acél-, réz-, ólom- és cinktermelés növekedési ütemét.
Az alumínium geokémiája
Az alumínium geokémiai jellemzőit az oxigénnel szembeni nagy affinitása (ásványokban az alumínium az oxigénoktaéderekben és a tetraéderekben), az állandó vegyérték (3) és a legtöbb természetes vegyület alacsony oldhatósága határozza meg. Az endogén folyamatokban a magma megszilárdulása és a magmás kőzetek képződése során az alumínium belép a földpátok, csillámok és más ásványok - alumínium-szilikátok - kristályrácsába. A bioszférában az alumínium gyenge vándorló, a szervezetekben és a hidroszférában ritkán fordul elő. Nedves éghajlaton, ahol a bőséges növényzet lebomló maradványai sok szerves savat képeznek, az alumínium szerves ásványi kolloid vegyületek formájában vándorol a talajban és a vizekben; Az alumíniumot kolloidok adszorbeálják és a talajok alsó részében kicsapják. Az alumínium és a szilícium közötti kötés részben megszakad és a trópusokon helyenként ásványok képződnek - alumínium-hidroxidok - böhmit, diaszpórák, hidrargillit. Az alumínium nagy része az alumínium-szilikátok - kaolinit, beidellit és más agyagásványok - része. A gyenge mobilitás határozza meg az alumínium maradék felhalmozódását a nedves trópusok mállási kérgében. Ennek eredményeként eluviális bauxit képződik. A múlt geológiai korszakaiban a bauxit a tavakban és a tengerek part menti övezeteiben is felhalmozódott a trópusi régiókban (például Kazahsztán üledékes bauxitjai). A sztyeppéken és sivatagokban, ahol kevés az élő anyag, és a vizek semlegesek és lúgosak, az alumínium szinte nem vándorol. Az alumínium vándorlása a vulkáni területeken a legerősebb, ahol erősen savas folyók és alumíniumban gazdag talajvíz figyelhető meg. Azokon a helyeken, ahol a savas vizek lúgos vízzel keverednek - tengervizek (a folyók torkolatánál és mások), az alumínium bauxitlerakódások képződésével rakódik le.
Alumínium a testben
Az alumínium az állatok és növények szöveteinek része; emlősök szerveiben 10-3-10-5% alumíniumot találtak (nyers alapon). Az alumínium a májban, a hasnyálmirigyben és a pajzsmirigyben halmozódik fel. A növényi termékekben az alumíniumtartalom 4 mg-tól 1 kg szárazanyagra (burgonya) 46 mg-ig (sárga fehérrépa), állati eredetű termékekben - 4 mg-tól (méz) 72 mg-ig terjed 1 kg szárazanyagra ( marhahús). A napi emberi étrendben az alumíniumtartalom eléri a 35-40 mg-ot. Ismeretes, hogy alumíniumot koncentrálnak, például a mohák (Lycopodiaceae), amelyek hamujában legfeljebb 5,3% alumíniumot tartalmaznak, és a puhatestűek (Helix és Lithorina), amelyek hamuban 0,2-0,8% alumíniumot tartalmaznak. A foszfátokkal oldhatatlan vegyületeket képezve az alumínium megzavarja a növények (a foszfátok felszívódása a gyökerekben) és az állatok táplálkozását (a foszfátok felszívódása a belekben).
A chem100.ru anyagai alapján