Aluminium in seiner reinen Form wurde erstmals von Friedrich Wöhler isoliert. Ein deutscher Chemiker erhitzte wasserfreies Elementchlorid mit Kaliummetall. Es geschah in der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts. Vor dem 20. Jahrhundert Kilogramm Aluminium kostet mehr.

Lediglich die Reichen und der Staat konnten sich das neue Metall leisten. Der Grund für die hohen Kosten liegt in der Schwierigkeit, Aluminium von anderen Stoffen zu trennen. Das Verfahren zur Gewinnung des Elements im industriellen Maßstab wurde von Charles Hall vorgeschlagen.

1886 löste er das Oxid in einer Kryolithschmelze auf. Der Deutsche schloss die Mischung in ein Granitgefäß und schloss elektrischen Strom daran an. Plaques aus reinem Metall setzten sich auf dem Boden des Behälters ab.

Chemische und physikalische Eigenschaften von Aluminium

Welches Alu? Silbrig weiß, glänzend. Daher verglich Friedrich Wöhler das erhaltene Metallgranulat mit. Aber es gab eine Einschränkung - Aluminium ist viel leichter.

Plastizität ist nah an kostbar und. Aluminium ist ein Stoff, dehnt sich problemlos in dünne Drähte und Bleche. Es genügt, die Folie zurückzurufen. Es wird auf der Grundlage des 13. Elements hergestellt.

Aluminium ist aufgrund seiner geringen Dichte leicht. Es ist dreimal weniger als das von Eisen. Gleichzeitig ist das 13. Element in seiner Stärke fast nicht unterlegen.

Diese Kombination hat das Silbermetall in der Industrie unverzichtbar gemacht, beispielsweise bei der Herstellung von Teilen für Automobile. Wir sprechen von handwerklicher Produktion, weil Schweißen von Aluminium auch zu Hause möglich.

Aluminium Formel ermöglicht es Ihnen, Licht, aber auch Wärmestrahlen aktiv zu reflektieren. Die elektrische Leitfähigkeit des Elements ist ebenfalls hoch. Die Hauptsache ist, es nicht zu überhitzen. Es schmilzt bei 660 Grad. Erhöhen Sie die Temperatur etwas höher - es brennt.

Nur das Metall wird verschwinden Aluminium Oxid. Es bildet sich auch unter Standardbedingungen, jedoch nur in Form eines Oberflächenfilms. Es schützt das Metall. Daher ist es gut korrosionsbeständig, da der Zugang von Sauerstoff blockiert ist.

Der Oxidfilm schützt das Metall auch vor Wasser. Wird Plaque von der Aluminiumoberfläche entfernt, beginnt eine Reaktion mit H 2 O. Bereits bei Raumtemperatur werden Wasserstoffgase freigesetzt. So dass, Boot aus Aluminium wird nicht nur durch die auf den Schiffsrumpf aufgebrachte Oxidschicht und Schutzfarbe zu Rauch.

Am aktivsten Aluminium Wechselwirkung mit Nichtmetallen. Reaktionen mit Brom und Chlor laufen sogar unter normalen Bedingungen ab. Dadurch bilden sie sich Aluminiumsalze. Wasserstoffsalze werden durch Kombinieren des 13. Elements mit Säurelösungen erhalten. Die Reaktion findet auch mit Alkalien statt, jedoch erst nach Entfernung der Oxidschicht. Reiner Wasserstoff wird freigesetzt.

Anwendung von Aluminium

Metall wird auf Spiegel gesprüht. Gute Lichtreflexion. Der Prozess findet unter Vakuumbedingungen statt. Sie stellen nicht nur Standardspiegel her, sondern Objekte mit Spiegelflächen. Dies sind: Keramikfliesen, Haushaltsgeräte, Lampen.

Duett Aluminium-Kupfer- Duraluminiumbasis. Es heißt einfach Dural. Wie hinzugefügt. Die Zusammensetzung ist 7-mal stärker als reines Aluminium und eignet sich daher für den Bereich Maschinenbau und Flugzeugbau.

Kupfer verleiht dem 13. Element Stärke, aber keine Schwere. Dural bleibt dreimal leichter als Eisen. klein Masse Aluminium- ein Versprechen der Leichtigkeit von Autos, Flugzeugen, Schiffen. Dies vereinfacht den Transport, den Betrieb und reduziert den Preis der Produkte.

Aluminium kaufen Autohersteller streben auch danach, weil Schutz- und Dekorationsmassen leicht auf ihre Legierungen aufgetragen werden können. Der Lack legt sich schneller und gleichmäßiger als auf Stahl, Kunststoff.

Gleichzeitig sind die Legierungen formbar und gut zu verarbeiten. Das ist wertvoll angesichts der Masse an Biegungen und konstruktiven Übergängen bei modernen Automodellen.

Das 13. Element ist nicht nur leicht zu färben, sondern kann auch selbst als Farbstoff wirken. Gekauft in der Textilindustrie Aluminiumsulfat. Es ist auch beim Drucken praktisch, wo unlösliche Pigmente benötigt werden.

Das ist interessant Lösung Sulfat Aluminium auch zur Wasserreinigung verwendet. In Gegenwart eines „Mittels“ fallen schädliche Verunreinigungen aus und werden neutralisiert.

Neutralisiert das 13. Element und Säuren. Diese Rolle beherrscht er besonders gut. Aluminiumhydroxid. Es wird in der Pharmakologie und Medizin geschätzt und ergänzt Sodbrennen-Medikamente.

Hydroxid wird auch bei Geschwüren, entzündlichen Prozessen des Darmtraktes verschrieben. So gibt es auch ein Apotheken-Medikament Aluminium. Säure im Magen - ein Grund, mehr über solche Medikamente zu erfahren.

In der UdSSR wurden auch Bronzen mit 11 % Aluminiumzusatz geprägt. Der Wert der Zeichen beträgt 1, 2 und 5 Kopeken. Sie begannen 1926 mit der Produktion und beendeten sie 1957. Aber die Produktion von Aluminiumdosen für Konserven wurde nicht eingestellt.

Gedünstetes Fleisch, Saury und andere Frühstücke von Touristen werden immer noch in Behältern verpackt, die auf dem 13. Element basieren. Solche Dosen reagieren nicht mit Lebensmitteln, während sie leicht und billig sind.

Aluminiumpulver ist Bestandteil vieler explosiver Mischungen, einschließlich Pyrotechnik. In der Industrie werden subversive Mechanismen auf Basis von Trinitrotoluol und zerkleinertem Element 13 verwendet. Ein starker Sprengstoff wird auch durch Zugabe von Ammoniumnitrat zu Aluminium erhalten.

Die Ölindustrie braucht Aluminiumchlorid. Es spielt die Rolle eines Katalysators bei der Zersetzung von organischem Material in Fraktionen. Öl hat die Fähigkeit, gasförmige, leichte Kohlenwasserstoffe vom Benzintyp freizusetzen, die mit dem Chlorid des 13. Metalls interagieren. Das Reagenz muss wasserfrei sein. Nach Zugabe von Chlorid wird die Mischung auf 280 Grad Celsius erhitzt.

Auf dem Bau mische ich oft Natrium und Aluminium. Es stellt sich als Zusatzstoff für Beton heraus. Natriumaluminat beschleunigt seine Härtung durch Beschleunigung der Hydratation.

Die Geschwindigkeit der Mikrokristallisation nimmt zu, was bedeutet, dass die Festigkeit und Härte des Betons zunimmt. Außerdem schützt Natriumaluminat die in der Lösung verlegten Armaturen vor Korrosion.

Aluminiumabbau

Metall schließt die Top drei der häufigsten auf der Erde. Dies erklärt seine Verfügbarkeit und breite Anwendung. Die Natur gibt dem Menschen das Element jedoch nicht in seiner reinen Form. Aluminium muss aus verschiedenen Verbindungen isoliert werden. Der größte Teil des 13. Elements befindet sich in Bauxit. Dies sind tonartige Gesteine, die hauptsächlich in der tropischen Zone konzentriert sind.

Der Bauxit wird zerkleinert, dann getrocknet, erneut zerkleinert und in Gegenwart einer kleinen Menge Wasser gemahlen. Es stellt sich eine dicke Masse heraus. Es wird mit Dampf erhitzt. Gleichzeitig verdunstet das meiste Bauxit auch nicht schlecht. Das Oxid des 13. Metalls bleibt zurück.

Es wird in Industriebädern platziert. Sie enthalten bereits geschmolzenes Kryolith. Die Temperatur wird auf etwa 950 Grad Celsius gehalten. Wir brauchen auch einen elektrischen Strom mit einer Leistung von mindestens 400 kA. Das heißt, Elektrolyse wird verwendet, genau wie vor 200 Jahren, als das Element von Charles Hall isoliert wurde.

Beim Durchgang durch eine heiße Lösung bricht der Strom die Bindungen zwischen dem Metall und dem Sauerstoff. Dadurch bleibt der Boden der Bäder sauber Aluminium. Reaktionen fertig. Der Prozess wird abgeschlossen, indem aus dem Sediment gegossen und an den Verbraucher verschickt oder alternativ daraus verschiedene Legierungen hergestellt werden.

Die Hauptaluminiumproduktion befindet sich am selben Ort wie die Bauxitvorkommen. An der Spitze steht Guinea. Fast 8.000.000 Tonnen des 13. Elements sind in seinen Eingeweiden verborgen. Australien liegt mit einem Indikator von 6.000.000 auf Platz 2. In Brasilien ist Aluminium bereits zweimal weniger. Die globalen Reserven werden auf 29.000.000 Tonnen geschätzt.

Aluminium preis

Für eine Tonne Aluminium verlangen sie fast 1.500 US-Dollar. Dies sind die Daten der Nichteisenmetallbörsen vom 20. Januar 2016. Die Kosten werden hauptsächlich von den Industriellen festgelegt. Genauer gesagt wird der Aluminiumpreis von ihrer Nachfrage nach Rohstoffen beeinflusst. Dies wirkt sich auf die Anforderungen der Lieferanten und die Stromkosten aus, da die Herstellung des 13. Elements energieintensiv ist.

Für Aluminium gelten andere Preise. Er geht in die Kernschmelze. Die Kosten werden pro Kilogramm bekannt gegeben, wobei die Art des gelieferten Materials von Bedeutung ist.

Für Elektrometall geben sie also etwa 70 Rubel. Für Aluminium in Lebensmittelqualität erhalten Sie 5-10 Rubel weniger. Dasselbe wird für Motormetall gezahlt. Wenn eine gemischte Sorte gemietet wird, beträgt der Preis 50-55 Rubel pro Kilogramm.

Die billigste Art von Schrott sind Aluminiumspäne. Denn es schafft nur 15-20 Rubel zu gewinnen. Etwas mehr wird für das 13. Element angegeben. Dies bezieht sich auf Behälter für Getränke, Konserven.

Aluminiumheizkörper werden ebenfalls unterschätzt. Der Preis pro Kilogramm Schrott beträgt etwa 30 Rubel. Das sind Durchschnittswerte. In unterschiedlichen Regionen, an unterschiedlichen Stellen wird Aluminium teurer oder billiger angenommen. Oft hängen die Materialkosten von den gelieferten Mengen ab.

Aluminiumverbindungen sind dem Menschen seit der Antike bekannt. Eines davon waren Bindemittel, zu denen Aluminium-Kalium-Alaun КAl(SO4)2 gehört. Sie sind weit verbreitet. Sie wurden als Beizmittel und als Blutstopper verwendet. Die Imprägnierung von Holz mit einer Kaliumalaunlösung machte es unbrennbar. Eine interessante historische Tatsache ist bekannt, wie Archelaus, ein Feldherr aus Rom während des Krieges mit den Persern, befahl, die Türme, die als Verteidigungsanlagen dienten, mit Alaun zu beschmieren. Den Persern gelang es nie, sie zu verbrennen.

Eine weitere Aluminiumverbindung waren natürliche Tone, die Aluminiumoxid Al2O3 enthalten.

Die ersten Versuche zur Gewinnung von Aluminium erst Mitte des 19. Jahrhunderts. Ein Versuch des dänischen Wissenschaftlers H. K. Oersted war erfolgreich. Um es zu gewinnen, verwendete er amalgamiertes Kalium als Reduktionsmittel für Aluminiumoxid. Aber welche Art von Metall damals gewonnen wurde, konnte nicht herausgefunden werden. Einige Zeit später, zwei Jahre später, wurde Aluminium von dem deutschen Chemiker Wehler gewonnen, der Aluminium durch Erhitzen von wasserfreiem Aluminiumchlorid mit Kaliummetall erhielt. Die langjährige Arbeit des deutschen Wissenschaftlers war nicht umsonst. 20 Jahre lang gelang es ihm, körniges Metall aufzubereiten. Es stellte sich heraus, dass es Silber ähnlich war, aber viel leichter als es war. Aluminium war ein sehr teures Metall und hatte bis Anfang des 20. Jahrhunderts einen höheren Wert als Gold. Daher wird Aluminium seit vielen, vielen Jahren als Museumsexponat verwendet. Um 1807 versuchte Davy, die Elektrolyse von Aluminiumoxid durchzuführen, erhielt ein Metall, das Aluminium (Alumium) oder Aluminium (Aluminium) genannt wurde, was aus dem Lateinischen als Alaun übersetzt wird.

Die Gewinnung von Aluminium aus Ton war nicht nur für Chemiker, sondern auch für Industrielle von Interesse. Es war sehr schwierig, Aluminium von anderen Stoffen zu trennen, was dazu beitrug, dass es teurer war als Gold. 1886 wurde der Chemiker Ch.M. Hall schlug ein Verfahren vor, das es ermöglichte, Metall in großen Mengen zu gewinnen. Er forschte und löste Aluminiumoxid in einer Schmelze aus Kryolith AlF3 nNaF auf. Die resultierende Mischung wurde in ein Granitgefäß gegeben und ein konstanter elektrischer Strom wurde durch die Schmelze geleitet. Er war sehr überrascht, als er nach einiger Zeit am Boden des Gefäßes Plaques aus reinem Aluminium fand. Dieses Verfahren ist nach wie vor das wichtigste für die Herstellung von Aluminium im industriellen Maßstab. Das resultierende Metall war für alles gut, außer für die Festigkeit, die für die Industrie notwendig war. Und dieses Problem wurde gelöst. Der deutsche Chemiker Alfred Wilm schmolz Aluminium mit anderen Metallen: Kupfer, Mangan und Magnesium. Das Ergebnis war eine Legierung, die viel stärker als Aluminium war.

§2. Wie kommt man

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Aluminium durch elektrolytische Abtrennung aus wässrigen Lösungen gleichzeitig mit Wasserstoff. Das Verfahren verwendet eine Flüssigmetallkathode wie Gallium. Der Aluminiumgehalt im Metall wird auf 6 Gew.-% erhöht, die Legierung wird aus dem Elektrolyseur entfernt, im Bereich von 98 bis 26°C gekühlt und Aluminium wird durch Kristallisation isoliert, wodurch eine primäre gesättigte feste Lösung mit einem Aluminiumgehalt erhalten wird von etwa 80 Gew.-%. Die Mutterlaugen-Legierung der eutektischen Zusammensetzung wird als Kathodenmetall zur Elektrolyse zurückgeführt, und die primäre feste Lösung wird geschmolzen und einer Rekristallisation bei Temperaturen unter 660°C unterzogen, wobei sukzessive die sekundären, tertiären usw. aus flüssigen festen Lösungen bis hin zur Herstellung von technisch reinem Aluminium daraus. Alternative Methoden der Aluminiumherstellung - das carbothermische Verfahren, das Todt-Verfahren, das Kuwahara-Verfahren, die Elektrolyse von Chloriden, die Reduktion von Aluminium mit Natrium - zeigten keine Vorteile gegenüber dem Eru-Hall-Verfahren. Der Prototyp der vorliegenden Erfindung ist unser früherer gleichnamiger Vorschlag unter N. Die Gewinnung von Aluminium aus wässrigen Lösungen gleichzeitig mit Wasserstoff, was das Wesen dieser Erfindung darstellt, ist äußerst verlockend, aber aufgrund der Passivierungsprozesse nicht realisierbar einer massiven Aluminiumkathode mit Oxid-Hydroxid-Schichten unterschiedlicher Zusammensetzung. Unsere Versuche, das Verfahren in alkalischen Aluminat-, Schwefelsäure-, Salzsäure- und Salpetersäurelösungen durchzuführen, waren ebenfalls erfolglos. In diesem Zusammenhang schlagen wir vor, Aluminium und Wasserstoff an einer fließenden Flüssigmetallkathode zu gewinnen, beispielsweise an einer Galliumkathode oder einer, die aus einer Legierung von Gallium und Aluminium besteht. Es können auch andere niedrigschmelzende Legierungen verwendet werden. Kathode. Dadurch erfolgt die Elektrolyse einfach und in erster Näherung einfach mit garantierter Freisetzung von Aluminium in die Kathodenlegierung.

In der Industrie wird Aluminium durch Elektrolyse von Al2O3 in einer Na3-Kryolithschmelze bei einer Temperatur von 950°C gewonnen

2Al2O3 = 4Al(3+) + 6O(2-) = 2Al + 3O2

Die Hauptreaktionen der Prozesse:

CaF2 + H2SO4 → 2HF + CaSO4 (15.h)

SiO2 + 6HF →H2SiF6 + 2H2

HF und H2SiF6 sind im Wasser eingeschlossene gasförmige Produkte. Um die resultierende Lösung zu entsilikonisieren, wird zunächst die berechnete Menge an Soda eingeführt:

H2SiF6 + Na2CO3 → Na2SiF6 + CO2 + H2O (15.i)

Das schwerlösliche Na2SiF6 wird abgetrennt und die verbleibende Flusssäurelösung mit einem Überschuss an Soda und Aluminiumhydroxid neutralisiert, um Kryolith zu erhalten:

12HF + 3Na2CO3 + 2Al(OH)3 → 2(3NaF AlF3) + 3CO2 + 9H2O (15.c)

Auf die gleiche Weise können NaF und AlF3 getrennt gewonnen werden, wenn die entsilikonisierte Flusssäurelösung mit einer berechneten Menge Na2CO3 oder Al(OH)3 neutralisiert wird.

Einführung.

Vor etwa 100 Jahren sagte Nikolai Gavrilovich Chernyshevsky über Aluminium, dass diesem Metall eine große Zukunft bevorsteht, dass Aluminium das Metall des Sozialismus sei. Er entpuppte sich als Visionär: im 20. Jahrhundert. Element Nr. 13 Aluminium wurde zur Grundlage vieler Baumaterialien. Element der 3. Periode und IIIA-Gruppe des Periodensystems. Die elektronische Formel des Atoms 3S23p1 der Oxidationsstufe ist + III und 0.

Durch die Elektronegativität (1.47) ist es dasselbe wie Beryllium, es weist amphotere (saure und basische) Eigenschaften auf. In Verbindungen kann es sich bei der Zusammensetzung um Kationen und Anionen handeln. In der Natur liegt das vierthäufigste Element (das erste unter den Metallen) in einem chemisch gebundenen Zustand vor. Es ist Bestandteil vieler Alumosilikatmineralien, Gesteine ​​(Granit, Porphyr, Basalte, Gneise, Schiefer), verschiedener Tone (weißer Ton wird genannt Kaolin), Bauxit und Aluminiumoxid Al2O3.

Es ist interessant, die Dynamik der Aluminiumproduktion über anderthalb Jahrhunderte zu verfolgen, die vergangen sind, seit eine Person zum ersten Mal ein Stück leichtes, silbriges Metall in die Hand genommen hat.

Für die ersten 30 Jahre, von 1825 bis 1855, gibt es keine genauen Zahlen. Es gab keine industriellen Verfahren zur Herstellung von Aluminium, in Labors wurde es bestenfalls in Kilogramm, sondern in Gramm gewonnen. Als 1855 erstmals ein Aluminiumbarren auf der Weltausstellung in Paris ausgestellt wurde, galt er als seltenes Schmuckstück. Und er erschien auf der Ausstellung, weil der französische Chemiker Henri Etienne Saint-Clair Deville gerade 1855 das erste industrielle Verfahren zur Herstellung von Aluminium entwickelte, das auf der Verdrängung von Element Nr. 13 durch Natriummetall aus doppeltem Natriumchlorid und Aluminium NaCl AlCl3 beruhte.

36 Jahre lang, von 1855 bis 1890, wurden 200 Tonnen Aluminiummetall nach der Saint-Clair-Deville-Methode gewonnen.

Im letzten Jahrzehnt des 19. Jahrhunderts (bereits nach einer neuen Methode) wurden weltweit 28.000 Tonnen Aluminium gewonnen.

1930 betrug die weltweite Verhüttung dieses Metalls 300.000 Tonnen.

1975 produzierten allein die kapitalistischen Länder etwa 10 Millionen Tonnen Aluminium, und diese Zahlen sind nicht die höchsten. Laut dem American Engineering and Mining Journal ging die Aluminiumproduktion in den kapitalistischen Ländern 1975 im Vergleich zu 1974 um 11 % oder 1,4 Millionen Tonnen zurück.

Ebenso auffällig sind die Preisentwicklungen für Aluminium. 1825 kostete es 1.500 Mal mehr als Eisen, heute kostet es nur noch das Dreifache. Heute ist Aluminium teurer als einfacher Kohlenstoffstahl, aber billiger als Edelstahl. Wenn wir die Kosten von Aluminium- und Stahlprodukten unter Berücksichtigung ihres Gewichts und ihrer relativen Korrosionsbeständigkeit berechnen, stellt sich heraus, dass es heute in vielen Fällen viel rentabler ist, Aluminium als Stahl zu verwenden.

Physikalische Eigenschaften von Al

Silberweißes, glänzendes, duktiles Metall. An der Luft ist es mit einem matten Schutzfilm aus Al2O3 überzogen, der sehr stabil ist und das Metall vor Korrosion schützt; in konzentrierter HNO3 passiviert.

Physikalische Konstanten:

M, = 26,982 » 27, p = 2,70 g/cm3

Schmp. 660,37 °С, Kp=2500 °С

Chemische Eigenschaften A l

Chemisch aktiv, zeigt amphotere Eigenschaften - reagiert mit Säuren und Laugen:

2Al + 6HCl = 2AlCl3 + ZH2

2Al + 2NaOH + 6H2O = 2Na] + 3H2

2Al + 6NaOH(t) = 2NaAlO2+ + 3H2 + 2Na2O

Amalgamiertes Aluminium reagiert heftig mit Wasser:

2Al + 6H2O = 2Al(OH)3 ¯ + 3H2 + 836 kJ

Ein starkes Reduktionsmittel reagiert beim Erhitzen mit Sauerstoff, Schwefel, Stickstoff und Kohlenstoff:

4Al+3O2=2Al2O3, 2Al+3S=Al2S3

2Al+N2=2AlN, 4Al+3C=Al4Cz

Mit Chlor, Brom und Jod läuft die Reaktion bei Raumtemperatur ab (Jod benötigt einen Katalysator - einen Tropfen H2O), die Halogenide AlCl3, AlBr3 und AlI3 werden gebildet.

Industriell wichtige Methode Aluminothermie:

2Al + Cr2O3 = Al2O3 + 2Cr

10Al + ZV2O5 = 5Al2O3 + 6V

Aluminium reduziert Nv zu N-III:

8Al + 30HNO3 (stark verdünnt) \u003d 8Al (NO3) 3 + 3NH4NO3 + 9H2O

8Al + 18H2O + 5KOH + 3KNO3 = 8K + 3NH3

(treibende Kraft dieser Reaktionen ist die intermediäre Freisetzung von atomarem Wasserstoff H° und in der zweiten Reaktion die Bildung eines stabilen Hydroxokomplexes [Al(OH) 4] 3-).

Erhalt und Verwendung von Al

Gewinnung von Al in der Industrie - Elektrolyse von Al2O3 in der Schmelze Kryolith Na3[AlF6] bei 950 °C:

Es wird als Reagenz in der Aluminothermie zur Gewinnung seltener Metalle und zum Schweißen von Stahlkonstruktionen verwendet.

Aluminium ist der wichtigste Konstruktionswerkstoff, Basis leichter korrosionsbeständiger Legierungen (mit Magnesium - Duraluminium, oder Duraluminium, mit Kupfer -- Aluminiumbronze, aus der ein Kleingeld geprägt wird). Reines Aluminium wird in großen Mengen zur Herstellung von Geschirr und Elektrokabeln verwendet.

Aluminium Oxid Al 2 Ö 3

Weißes amorphes Pulver oder sehr harte weiße Kristalle. Physikalische Konstanten:

Mr = 101,96»102, p = 3,97 g/cm3 tSchmelz=2053°С, tSiede=3000°С

Kristallines Al2O3 ist chemisch passiv, amorphes ist aktiver. Reagiert langsam mit Säuren und Laugen in Lösung und zeigt amphotere Eigenschaften:

Al2O3 + 6HCl (konz.) = 2AlCl3 + 3H2O

Al2O3 + 2NaOH(konz.) + 3H2O = 2Na

(NaAlO2 entsteht in der Alkalischmelze). Die zweite Reaktion dient zum "Öffnen" der Bauxite.

Neben Rohstoffen für die Aluminiumherstellung dient Al2O3 in Pulverform als Bestandteil feuerfester, chemisch beständiger und abrasiver Materialien. In Form von Kristallen wird es zur Herstellung von Lasern und synthetischen Edelsteinen (Rubinen, Saphiren usw.) verwendet, die mit Verunreinigungen anderer Metalloxide - Cr2O3 (rot), Ti2O3 und Fe2O3 (blau) - gefärbt sind.

Aluminiumhydroxid Al(OH)3

Weiß amorph (gelartig) oder kristallin. Praktisch unlöslich in Wasser. Physikalische Konstanten:

Mr=78,00, p=3,97 g/cm3,

t Dekom > 170 °С

Beim Erhitzen zersetzt es sich schrittweise und bildet ein Zwischenprodukt - Metahydroxid AlO(OH):

Zeigt amphotere, gleichermaßen ausgeprägte saure und basische Eigenschaften:

Beim Schmelzen mit NaOH entsteht NaAlO.

Für Empfang Niederschlag Al (OH) 3 Alkali wird normalerweise nicht verwendet (wegen des leichten Übergangs des Niederschlags in Lösung), aber Aluminiumsalze werden mit Ammoniakhydrat beaufschlagt;

Al (OH) 3 wird bei Raumtemperatur gebildet, und weniger aktives AlO (OH) wird beim Kochen gebildet:

Ein bequemer Weg, Al(OH)3 zu erhalten, besteht darin, CO2 durch eine Hydroxokomplexlösung zu leiten:

[Al(OH)4]- + CO2 = Al(OH)3¯+ HCO3-

Es wird zur Synthese von Aluminiumsalzen, organischen Farbstoffen verwendet; als Medikament gegen Magensaftübersäuerung.

Aluminiumsalze

Salze von Aluminium und starken Säuren sind gut wasserlöslich und unterliegen weitgehend einer Kationenhydrolyse, wodurch eine stark saure Umgebung entsteht, in der sich Metalle wie Magnesium und Zink lösen:

a) AlCl3 \u003d Alz ++ ZCl-

Al3++H2OÛAlOH2++H+

b) Zn+2H+=Zn2++H2

AlF3-Fluorid und AlPO4-Orthophosphat sind in Wasser unlöslich, und Salze sehr schwacher Säuren, zB H2CO3, werden überhaupt nicht durch Fällung aus einer wässrigen Lösung gebildet.

Aluminiumdoppelsalze sind bekannt - Alaun Zusammensetzung MIAl(SO4)2 · 12H2O (MI=Na+, K+, Rb+, Cs+, TI+, NH4+), die häufigste von ihnen Kaliumalaun KAl(SO4)2·12H2O.

Binäre Verbindungen von Aluminium

Verbindungen mit überwiegend kovalenten Bindungen wie AlS3-Sulfid und AlC3-Carbid.

Vollständig durch Wasser zersetzt:

Al2S3 + 6H2O = 2Al(OH)3 ¯ + 3H2S

Al4C3 + 12H2O = 4Al(OH)3 ¯+ CH4

Diese Verbindungen werden als Quellen für reine Gase verwendet - H2S und CH4.

Interesse, Interesse...

8,80 % der Masse der Erdkruste besteht aus Aluminium – dem dritthäufigsten Element auf unserem Planeten. Die weltweite Aluminiumproduktion wächst ständig. Jetzt sind es etwa 2 % der Stahlproduktion, wenn man sie nach Gewicht zählt. Und wenn nach Volumen, dann 5 ... 6%, da Aluminium fast dreimal leichter ist als Stahl. Aluminium verdrängte Kupfer und alle anderen Nichteisenmetalle souverän auf den dritten und nachfolgenden Platz und wurde zum zweitwichtigsten Metall der laufenden Eisenzeit. Prognosen zufolge soll der Anteil von Aluminium an der Gesamtmetallproduktion bis Ende dieses Jahrhunderts 4 ... 5 Gew.-% erreichen.

Dafür gibt es viele Gründe, die wichtigsten sind einerseits die Verbreitung von Aluminium und andererseits ein hervorragendes Eigenschaftsprofil - Leichtigkeit, Duktilität, Korrosionsbeständigkeit, elektrische Leitfähigkeit, Vielseitigkeit im wahrsten Sinne des Wortes .

Aluminium kam erst spät in die Technik, weil es in natürlichen Verbindungen fest mit anderen Elementen verbunden ist, vor allem mit Sauerstoff und durch Sauerstoff mit Silizium, und es viel Mühe und Energie kostet, diese Verbindungen zu zerstören und das silbrig leichte Metall daraus zu lösen.

Das erste metallische Aluminium wurde 1825 von dem berühmten dänischen Physiker Hans Christian Oersted erhalten, der vor allem für seine Arbeiten zum Elektromagnetismus bekannt ist. Oersted leitete Chlor durch eine rotglühende Mischung aus Tonerde (Tonerde Al2O3) mit Kohle, und das resultierende wasserfreie Aluminiumchlorid wurde mit Kaliumamalgam erhitzt. Dann, wie Davy es tat, dem es übrigens nicht gelang, Aluminium durch Elektrolyse von Aluminiumoxid zu gewinnen, wurde das Amalgam durch Erhitzen zersetzt, das Quecksilber verdampfte, und Aluminium war geboren.

1827 erhielt Friedrich Wöhler auf andere Weise Aluminium, indem er es aus demselben Chlorid durch Kaliummetall ersetzte. Das erste industrielle Verfahren zur Herstellung von Aluminium wurde, wie bereits erwähnt, erst 1855 entwickelt, und Aluminium wurde erst an der Wende vom 19. zum 20. Jahrhundert zu einem technisch bedeutenden Metall. Wieso den?

Es versteht sich von selbst, dass nicht jede natürliche Aluminiumverbindung als Aluminiumerz angesehen werden kann. In der Mitte und sogar am Ende des 19. Jahrhunderts. In der russischen Chemieliteratur wurde Aluminium oft als Ton bezeichnet, sein Oxid wird immer noch als Aluminiumoxid bezeichnet. In diesem Sinne - ein direkter Hinweis auf das Vorhandensein von Element Nr. 13 im allgegenwärtigen Ton. Aber Ton ist ein ziemlich komplexes Konglomerat aus drei Oxiden - Aluminiumoxid, Siliziumdioxid und Wasser (plus verschiedene Zusätze); Es ist möglich, Aluminiumoxid daraus zu extrahieren, aber es ist viel schwieriger, das gleiche Aluminiumoxid aus einem ziemlich verbreiteten, normalerweise rotbraunen Gestein zu gewinnen, das seinen Namen von der Gegend von Les Baux in Südfrankreich hat.

Dieses Gestein - Bauxit enthält 28 bis 60 % Al2O3. Sein Hauptvorteil besteht darin, dass es mindestens doppelt so viel Aluminiumoxid enthält wie Siliziumdioxid. Und Kieselsäure ist in diesem Fall die schädlichste Verunreinigung, es ist am schwierigsten, sie loszuwerden. Neben diesen Oxiden enthält Bauxit immer Eisenoxid Fe2O3, es enthält auch Oxide von Titan, Phosphor, Mangan, Calcium und Magnesium.

Während des Zweiten Weltkriegs, als viele kriegführende Länder nicht genug aus Bauxit gewonnenes Aluminium hatten, wurden bei Bedarf andere Arten von Rohstoffen verwendet: Italien erhielt Aluminium aus der Lava des Vesuvs, die USA und Deutschland - aus Kaolintonen, Japan - aus Schiefer und Alunit. Aber dieses Aluminium kostete im Durchschnitt fünfmal mehr als Bauxit-Aluminium, und als nach dem Krieg kolossale Vorkommen dieses Gesteins in Afrika, Südamerika und später in Australien entdeckt wurden, kehrte die Aluminiumindustrie weltweit zu traditionellen Bauxit-Rohstoffen zurück.

In der Sowjetunion gibt es werkserprobte Verfahren zur Herstellung von Aluminium auf Basis von Nephelinosyenit- und Nephelineapatit-Gesteinen. In der SSR Aserbaidschan hat die industrielle Entwicklung von Alunit als komplexem Rohstoff, einschließlich Aluminium, vor langer Zeit begonnen. Aber die Natur hat uns den besten Aluminiumrohstoff - Bauxit - nicht vorenthalten. Wir haben die bauxithaltigen Regionen Nordural und Turgai (in Kasachstan): Bauxite gibt es in West- und Ostsibirien, im Nordwesten des europäischen Teils des Landes. Auf der Grundlage der Bauxitlagerstätte Tichwin und der Energie des Wasserkraftwerks Volkhovskaya nahm 1932 der Erstgeborene der heimischen Aluminiumindustrie, das Aluminiumwerk Volkhov, seine Arbeit auf. Billiger Strom aus riesigen sibirischen Wasserkraftwerken und staatlichen Bezirkskraftwerken ist zu einem wichtigen "Bestandteil" der sich schnell entwickelnden Aluminiumindustrie in Sibirien geworden.

Wir haben nicht zufällig angefangen, über Energie zu sprechen. Die Aluminiumproduktion ist energieintensiv. Reines Aluminiumoxid schmilzt bei einer Temperatur von 2050°C und löst sich nicht in Wasser auf, und um Aluminium zu erhalten, muss es einer Elektrolyse unterzogen werden. Es war notwendig, einen Weg zu finden, den Schmelzpunkt von Aluminiumoxid irgendwie auf mindestens 1000 ° C zu senken; nur unter dieser Bedingung konnte Aluminium zu einem technisch wichtigen Metall werden. Dieses Problem wurde von dem jungen amerikanischen Wissenschaftler Charles Martin Hall und fast gleichzeitig mit ihm von dem Franzosen Paul Héroux brillant gelöst. Sie fanden heraus, dass sich Aluminiumoxid gut in Kryolith 3NaF · AlF3 auflöst. Diese Lösung wird in den derzeitigen Aluminiumanlagen bei einer Temperatur von 950°C einer Elektrolyse unterzogen.

Der Elektrolyseapparat ist ein mit feuerfesten Steinen ausgekleidetes Eisenbad mit Kohleblöcken, die als Kathoden wirken. An ihnen wird geschmolzenes Aluminium freigesetzt, und an den Anoden wird Sauerstoff freigesetzt, der mit dem Anodenmaterial (normalerweise Kohle) reagiert. Bäder arbeiten mit niedriger Spannung - 4,0 ... 4,5 V, aber mit hohem Strom - bis zu 150.000 A.

Amerikanischen Daten zufolge ist der Energieverbrauch beim Schmelzen von Aluminium in den letzten drei Jahrzehnten um ein Drittel zurückgegangen, aber diese Produktion bleibt immer noch ziemlich energieintensiv.

Wie ist er

Aus elektrolytischen Bädern wird Aluminium üblicherweise mit einer Vakuumpfanne entfernt und nach dem Spülen mit Chlor (um hauptsächlich nichtmetallische Verunreinigungen zu entfernen) in Formen gegossen. In den letzten Jahren werden zunehmend Aluminiumbarren im kontinuierlichen Verfahren gegossen. Es stellt sich technisch reines Aluminium heraus, in dem das unedle Metall 99,7% beträgt (die Hauptverunreinigungen: Natrium, Eisen, Silizium, Wasserstoff). Es ist dieses Aluminium, das in die meisten Industrien einfließt. Wenn ein reineres Metall benötigt wird, wird Aluminium auf die eine oder andere Weise raffiniert. Die elektrolytische Raffination mit organischen Elektrolyten ermöglicht es, Aluminium mit einer Reinheit von 99,999 % zu gewinnen. Noch reineres Aluminium für die Bedürfnisse der Halbleiterindustrie wird durch Zonenschmelzen oder Destillation über Subfluorid gewonnen.

Letzteres scheint erklärungsbedürftig. Das zu reinigende Aluminium wird in Gegenwart von AlF3 unter Vakuum auf 1000°C erhitzt. Dieses Salz sublimiert ohne zu schmelzen. Die Wechselwirkung von Aluminium mit Aluminiumfluorid führt zur Bildung von AlF-Subfluorid, einer instabilen Substanz, in der Aluminium formal einwertig ist. Bei Temperaturen unter 800°C zerfällt Subfluorid wieder in Fluorid und reines Aluminium, wir betonen, rein, weil durch diese Störung Verunreinigungen in die Zusammensetzung von Fluorid übergehen.

Die Erhöhung der Reinheit des Metalls beeinflusst seine Eigenschaften. Je reiner Aluminium ist, je leichter es ist, wenn auch nicht viel, desto höher sind seine thermische und elektrische Leitfähigkeit, sein Reflexionsvermögen und seine Duktilität. Besonders auffällig ist die Erhöhung der chemischen Beständigkeit. Letzteres erklärt sich durch die größere Kontinuität des schützenden Oxidfilms, der sowohl hochreines als auch gewöhnliches technisches Aluminium an der Luft bedeckt.

Alle aufgeführten Vorteile von Reinstaluminium sind jedoch in gewisser Weise auch für gewöhnliches Aluminium charakteristisch. Aluminium ist leicht - das weiß jeder, seine Dichte beträgt 2,7 g / cm3 - fast 3-mal weniger als die von Stahl und 3,3-mal weniger als die von Kupfer. Und die elektrische Leitfähigkeit von Aluminium ist der elektrischen Leitfähigkeit von Kupfer nur um ein Drittel unterlegen. Diese Umstände und die Tatsache, dass Aluminium viel billiger als Kupfer geworden ist (heute - etwa das 2,5-fache), verursachte den massiven Einsatz von Aluminium in Drähten und allgemein in der Elektrotechnik.

Hohe Wärmeleitfähigkeit, kombiniert mit mehr als zufriedenstellender chemischer Beständigkeit, machten Aluminium zu einem vielversprechenden Material für Wärmetauscher und andere Geräte in der chemischen Industrie, Haushaltskühlschränke, Auto- und Traktorkühler. Das hohe Reflexionsvermögen von Aluminium erwies sich als sehr nützlich bei der Herstellung von leistungsstarken Reflektoren, großen Fernsehbildschirmen und Spiegeln auf seiner Basis. Der kleine Einfang von Neutronen machte Aluminium zu einem der wichtigsten Metalle in der Kerntechnik.

All diese zahlreichen Vorteile von Aluminium werden noch bedeutsamer, weil dieses Metall hochtechnologisch ist. Es wird durch Druck perfekt verarbeitet - Walzen, Pressen, Stanzen, Schmieden. Diese nützliche Eigenschaft basiert auf der Kristallstruktur von Aluminium. Sein Kristallgitter besteht aus Würfeln mit zentrierten Flächen; Abstand zwischen parallelen Ebenen 4,04 Ǻ. Auf diese Weise konstruierte Metalle nehmen normalerweise eine plastische Verformung gut an. Aluminium ist da keine Ausnahme.

Aluminium ist jedoch schwach. Die Zugfestigkeit von reinem Aluminium beträgt nur 6...8 kg/mm3, und ohne seine Fähigkeit, viel stärkere Legierungen zu bilden, wäre Aluminium kaum zu einem der wichtigsten Metalle des 20. Jahrhunderts geworden.

Über die Vorteile von Alterungs- und Kräftigungsphasen

„Aluminium geht sehr leicht Legierungen mit verschiedenen Metallen ein. Von diesen hat nur eine Legierung mit Kupfer technische Anwendung. Es heißt Aluminiumbronze ... "

Diese Worte aus Mendeleevs Fundamentals of Chemistry spiegeln den wahren Stand der Dinge wider, der in den ersten Jahren unseres Jahrhunderts existierte. Damals erschien die letzte lebenslange Ausgabe des berühmten Buches mit den neuesten Korrekturen des Autors. Tatsächlich fand von den ersten Aluminiumlegierungen (die allererste von ihnen war eine Legierung mit Silizium, die in den 50er Jahren des letzten Jahrhunderts erhalten wurde) nur die von Mendelejew erwähnte Legierung praktische Anwendung. Aluminium enthielt es jedoch nur zu 11%, und hauptsächlich wurden Löffel und Gabeln aus dieser Legierung hergestellt. Sehr wenig Aluminiumbronze ging in die Uhrenindustrie.

Inzwischen, zu Beginn des 20. Jahrhunderts. die ersten Legierungen der Duraluminium-Familie wurden erhalten. Diese Legierungen auf Aluminiumbasis mit Zusätzen von Kupfer und Magnesium wurden in den Jahren 1903-1911 erhalten und untersucht. berühmter deutscher Wissenschaftler A. Wilm. Er entdeckte das für diese Legierungen charakteristische natürliche Alterungsphänomen, das zu einer starken Verbesserung ihrer Festigkeitseigenschaften führt.

Bei Duraluminium steigt nach dem Aushärten – schlagartiges Abkühlen von 500 °C auf Raumtemperatur und Halten bei dieser Temperatur für 4 … 5 Tage – die Festigkeit und Härte um ein Vielfaches an. Gleichzeitig nimmt die Verformungsfähigkeit nicht ab und die Zugfestigkeit steigt von 6...8 auf 36...38 kg/mm2. Diese Entdeckung war für die Entwicklung der Aluminiumindustrie von größter Bedeutung.

Und sofort begannen Diskussionen über den Mechanismus der natürlichen Alterung von Legierungen, darüber, warum es zu einer Härtung kommt. Es wurde vermutet, dass beim Altern des gehärteten Duraluminiums aus der Matrix – einer übersättigten Lösung von Kupfer in Aluminium – kleinste Kristalle der Zusammensetzung CuAl2 ausgeschieden werden und diese Verfestigungsphase zu einer Erhöhung der Festigkeit und Härte der Legierung als ein führt ganz.

Diese Erklärung schien ziemlich zufriedenstellend, aber nach ihrem Erscheinen flammten die Leidenschaften noch mehr auf, weil es niemandem gelang, Partikel der Zusammensetzung CuAl2 auf polierten Duraluminiumplatten mit einem optischen Mikroskop zu untersuchen. Und die Realität ihrer Existenz in einer natürlich gealterten Legierung begann in Frage gestellt zu werden. Dies war umso mehr gerechtfertigt, als die Freisetzung von Kupfer aus der Matrix deren elektrischen Widerstand verringern sollte, der sich jedoch mit der natürlichen Alterung von Duraluminium erhöhte, was direkt darauf hindeutete, dass Kupfer in fester Lösung verblieb.

Die Situation wurde nur durch Röntgenbeugungsanalyse geklärt. Dank leistungsstarker Elektronenmikroskope, die es ermöglichen, durch dünne Metallfilme zu blicken, ist das Bild in letzter Zeit klar geworden. Wie sich herausstellte, lag die Wahrheit irgendwo in der Mitte. Kupfer trennt sich nicht von der festen Lösung und verbleibt darin nicht im gleichen Zustand. Im Alterungsprozess reichert es sich in scheibenförmigen Bereichen von 1–3 Atomlagen Dicke und etwa 90 Å Durchmesser an und bildet die sogenannten Guinier-Preston-Zonen. Sie haben eine verzerrte Kristallstruktur in fester Lösung; der an die Zone angrenzende Bereich der festen Lösung selbst wird ebenfalls verzerrt.

Die Anzahl solcher Formationen ist riesig - sie wird als Einheit mit 16 ... 18 Nullen für 1 cm der Legierung ausgedrückt. Veränderungen und Verzerrungen des Kristallgitters während der Bildung von Guinier-Preston-Zonen (Zonenalterung) sind die Ursache für die Festigkeitszunahme von Duraluminium während der natürlichen Alterung. Die gleichen Änderungen erhöhen den elektrischen Widerstand der Legierung. Bei Erhöhung der Auslagerungstemperatur treten anstelle von Zonen mit aluminiumähnlicher Struktur kleinste Partikel metastabiler Phasen mit eigenem Kristallgitter auf (künstliche bzw. genauer gesagt Phasenalterung). Diese weitere Änderung des Gefüges führt zu einem starken Anstieg des Widerstands gegenüber kleinen plastischen Verformungen.

Man kann ohne Übertreibung sagen, dass Flugzeugflügel durch Zonen oder metastabile Partikel in der Luft gehalten werden, und wenn durch Erhitzen statt Zonen und Partikeln stabile Niederschläge entstehen, verlieren die Flügel ihre Festigkeit und verbiegen sich einfach.

In der Sowjetunion war in den 1920er Jahren der Hütteningenieur V.A. Butalov entwickelte eine inländische Version von Duraluminium, genannt Kettenaluminium. Das Wort „Duralumin“ leitet sich vom Namen der deutschen Stadt Düren ab, in der mit der industriellen Produktion dieser Legierung begonnen wurde. Und Kettenaluminium wurde im Dorf (heute die Stadt) Kolchugino in der Region Wladimir hergestellt. Das erste von A. N. entworfene sowjetische Metallflugzeug ANT-2 bestand aus Kettenaluminium. Tupolew.

Solche Legierungen sind nach wie vor wichtig für die Technik. Aus der Legierung D1 werden insbesondere die Blätter von Flugzeugpropellern hergestellt. Während des Krieges, als Piloten oft auf zufälligen Plattformen oder, ohne das Fahrwerk auszulösen, auf dem "Bauch" landen mussten, kam es immer wieder vor, dass die Propellerblätter verbogen waren, als sie auf den Boden aufschlugen. Gebogen, aber nicht gebrochen! Gleich auf dem Feld wurden sie gerade gerichtet und flogen wieder mit dem gleichen Propeller ... Eine andere Legierung der gleichen Duraluminium-Familie - D16 wird in der Flugzeugindustrie anders verwendet - die unteren Flügelplatten werden daraus hergestellt.

Grundsätzlich neue Legierungen entstehen, wenn neue Verfestigungsphasen entdeckt werden. Sie wurden gesucht, gesucht und werden von Forschern gesucht. Phasen sind im Wesentlichen chemische Verbindungen – intermetallische Verbindungen, die sich in einer Legierung bilden und ihre Eigenschaften erheblich beeinflussen. Unterschiedliche Phasen erhöhen die Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit und andere praktisch wichtige Eigenschaften der Legierung auf unterschiedliche Weise. Seit Wilms Entdeckung wurden jedoch nur sehr wenige gefunden - weniger als ein Dutzend. Ihre Bildung ist nur unter der Bedingung der Löslichkeit der entsprechenden Elemente in Aluminium möglich. Offensichtlich verdient jede der Stärkungsphasen eine ziemlich detaillierte Geschichte.

Es wurde bereits erwähnt, dass die erste Aluminiumlegierung ihre Legierung mit Silizium war, einem Nachbarn im Periodensystem. Aber die Eigenschaften dieser Legierung waren unbefriedigend, und deshalb wurde lange Zeit geglaubt, dass der Zusatz von Silizium zu Aluminium schädlich sei. Aber bereits in den frühen 20er Jahren unseres Jahrhunderts stand fest, dass Legierungen des Al-Mg-Si-Systems (Mg2Si-Phase) ähnlich wie Duraluminium die Wirkung einer Alterungshärtung haben. Die Zugfestigkeit solcher Legierungen beträgt 12 bis 36 kg / mm2, abhängig vom Gehalt an Silizium und Magnesium sowie der Zugabe von Kupfer und Mangan.

Diese Legierungen werden häufig im Schiffbau sowie im modernen Bauwesen verwendet. Ein interessantes Detail: Heute wird in manchen Ländern (z. B. in den USA) mehr Aluminium für den Bau ausgegeben als für alle Verkehrsträger zusammen: Flugzeuge, Schiffe, Eisenbahnwaggons, Autos. In unserem Land wurden Aluminiumlegierungen häufig beim Bau des Palastes der Pioniere auf den Lenin-Hügeln und des Gebäudes des Normenkomitees der UdSSR am Leninsky-Prospekt in Moskau, des Sportpalastes in Kiew und vieler anderer moderner Gebäude verwendet. Tausende von vorgefertigten Aluminiumhäusern "arbeiten" erfolgreich in der Arktis und in Bergregionen, wo es keine lokalen Baumaterialien in der Nähe gibt oder der Bau mit enormen Schwierigkeiten verbunden ist. (meistens) Aluminiumhäuser werden mit (meistens) Aluminiumflugzeugen und Hubschraubern an solche Orte geliefert.

Übrigens über Hubschrauber. Die Blätter ihrer Propeller werden weltweit aus Legierungen des Al-Mg-Si-Systems gefertigt, da diese Legierungen eine sehr hohe Korrosionsbeständigkeit aufweisen und Vibrationsbelastungen gut standhalten. Diese Eigenschaft ist für Hubschrauberpiloten und ihre Passagiere von größter Bedeutung. Geringste Korrosionsfehler können die Entstehung von Ermüdungsrissen dramatisch beschleunigen. Zur Beruhigung der Passagiere stellen wir fest, dass sich Ermüdungsrisse in Wirklichkeit ziemlich langsam entwickeln und alle Hubschrauber mit Geräten ausgestattet sind, die dem Piloten ein Signal über das Auftreten des ersten kleinen Risses geben. Und dann werden die Klingen gewechselt, obwohl sie noch hunderte Stunden arbeiten könnten.

Auch den Legierungen des Systems Al – Zn – Mg ist der Alterungseffekt innewohnend. Dieses System erwies sich sofort als zweifacher Rekordhalter: ein Rekordhalter in der Festigkeit - in den 20er Jahren brachen Aluminium-Zink-Magnesium-Legierungen mit einer Festigkeit von 55 ... ternäre Legierungen unter dem Einfluss atmosphärischer Korrosion, oder zerbröckelten sogar, auch im Alterungsprozess direkt auf dem Werkshof.

Seit Jahrzehnten suchen Forscher aus verschiedenen Ländern nach einer Möglichkeit, die Korrosionsbeständigkeit solcher Legierungen zu verbessern. Schließlich erschienen bereits in den 50er Jahren hochfeste Aluminiumlegierungen mit Zink und Magnesium, die eine zufriedenstellende Korrosionsbeständigkeit aufwiesen. Darunter sind die Haushaltslegierungen B95 und B96. In diesen Legierungen sind neben den drei Hauptbestandteilen auch Kupfer, Chrom, Mangan, Zirkonium enthalten. Bei einer solchen Kombination chemischer Elemente ändert sich die Art der Zersetzung einer übersättigten festen Lösung erheblich, weshalb die Korrosionsbeständigkeit der Legierung zunimmt.

Als jedoch der Flugzeugkonstrukteur O.K. Antonov begann, ein riesiges Flugzeug "Antey" zu bauen, und für den Power Frame "Antey" waren große Schmiedestücke und Stanzteile erforderlich, die in alle Richtungen gleich stark waren, die Legierungen B95 und B96 passten nicht. Bei der Legierung für Antey mussten kleine Zusätze von Mangan, Zirkonium und Chrom durch Eisen ersetzt werden. So entstand die berühmte B93-Legierung.

Im letzten Jahrzehnt sind neue Anforderungen entstanden. Für die sogenannten Großraumflugzeuge der nahen Zukunft, die für 300 ... 500 Passagiere und 30 ... 50.000 Flugstunden ausgelegt sind, steigen die Hauptkriterien - Zuverlässigkeit und Langlebigkeit. Großraumflugzeuge und Airbusse werden zu 70 bis 80 % aus Aluminiumlegierungen bestehen, die sowohl eine sehr hohe Festigkeit als auch eine sehr hohe Korrosionsbeständigkeit erfordern. Warum Festigkeit verständlich ist, warum chemische Beständigkeit eher geringer, obwohl das obige Beispiel mit Helikopterblättern offensichtlich ganz klar ist ...

Es entstand das Konzept der sicher beschädigten Strukturen, das besagt: Wenn ein Riss in einer Struktur auftritt, sollte er sich langsam entwickeln, und selbst wenn er eine signifikante Größe erreicht hat, sollte er, dieser Riss, auf keinen Fall eine Zerstörung der Struktur verursachen Struktur als Ganzes. Dies bedeutet, dass hochfeste Aluminiumlegierungen für solche Flugzeuge eine hohe Bruchzähigkeit, eine hohe Restfestigkeit bei Vorhandensein eines Risses aufweisen müssen, und dies ist nur bei einer hohen Korrosionsbeständigkeit möglich.

Alle diese Eigenschaften sind in hochreinen Aluminiumlegierungen perfekt kombiniert: Eisenverunreinigungen - Zehntelprozent, Silizium - Hundertstel und Natrium, Mikroadditive, deren Eigenschaften die Eigenschaften von Aluminium-Silizium-Legierungen erheblich verbessern, sollten nicht mehr als ein paar sein Zehntausendstel Prozent. Und die Basis solcher Legierungen ist das Al - Zn - Mg - Cu-System. Die Auslagerung dieser Legierungen erfolgt so, dass die Härtepartikel etwas größer als üblich werden (Koagulationsalterung). Zwar geht hier etwas Festigkeit verloren und einige Teile müssen dickerwandig gemacht werden, aber das ist immer noch ein unvermeidlicher Preis für Ressourcen und Zuverlässigkeit. Ironischerweise hat sich die Wissenschaft aus Aluminiumlegierungen mit Zink und Magnesium, einst die korrosionsbeständigsten, zu einer Art Standard für Korrosionsbeständigkeit entwickelt. Die Gründe für diese wundersame Umwandlung sind die Zugabe von Kupfer und rationale Alterungsregime.

Ein weiteres Beispiel für die Verbesserung altbekannter Systeme und Legierungen. Wenn in klassischem Duraluminium der Magnesiumgehalt stark begrenzt ist (auf Hundertstel Prozent), Mangan jedoch erhalten bleibt und die Kupferkonzentration erhöht wird, erhält die Legierung die Fähigkeit, durch Schmelzen gut geschweißt zu werden. Strukturen aus solchen Legierungen funktionieren gut im Temperaturbereich vom absoluten Nullpunkt bis +150...200°C.

Einige technische Produkte müssen heutzutage abwechselnd entweder mäßige Hitze oder übermäßige Kälte wahrnehmen. Es ist kein Zufall, dass auf den amerikanischen Saturn-Raketen, die die Besatzungen des Apollo-Raumschiffs zum Mond brachten, Tanks mit flüssigem Wasserstoff und flüssigem Sauerstoff aus solchen Legierungen hergestellt wurden.

Bei der Lösung irdischer Probleme des Transports und der Lagerung von Flüssiggas mit Dreikomponentenlegierungen Al - Cu - Mn konkurrieren sehr leichte Zweikomponentenlegierungen aus Aluminium mit Magnesium - Magnalium recht erfolgreich. Magnalia wird durch Wärmebehandlung nicht gehärtet. Je nach Herstellungstechnologie und Magnesiumgehalt variiert ihre Festigkeit zwischen 8 und 38 kg/mm2. Bei der Temperatur von flüssigem Wasserstoff sind sie zerbrechlich, aber sie funktionieren ziemlich erfolgreich in flüssigem Sauerstoff und verflüssigten brennbaren Gasen. Ihre Einsatzgebiete sind sehr breit. Besonders im Schiffsbau haben sie sich bewährt: Die Rümpfe von Tragflügelbooten – der Rocket und der Meteors – bestehen aus Magnalium. Sie werden auch bei der Konstruktion einiger Raketen verwendet.

Besonders hervorzuheben ist die Möglichkeit, niedriglegierte Magnale für Lebensmittelverpackungen einzusetzen. Blechdosen, Käseverpackungen, Schmorfolien für Fleisch, Bierdosen, Flaschenverschlüsse für Milchprodukte – dies ist keine vollständige Liste der lebensmittelbezogenen Anwendungen dieser Legierungen. Bald werden in unserem Land Aluminiumdosen in Milliarden Stück hergestellt, und dann wird die Definition von Alexander Evgenievich Fersman - "das Metall einer Dose" - von Zinn zu Aluminium übergehen. Aber zurück zu den Kräftigungsphasen.

1965 entdeckte eine Gruppe sowjetischer Wissenschaftler den Effekt der Härtung während der Alterung in Legierungen des Al-Li-Mg-Systems. Diese Legierungen, insbesondere die Legierung 01420, haben die gleiche Festigkeit wie Duraluminium, sind jedoch 12 % leichter und haben einen höheren Elastizitätsmodul. Bei Flugzeugkonstruktionen ermöglicht dies eine Gewichtszunahme von 12–14 %. Darüber hinaus ist die Legierung 01420 gut schweißbar und hat eine hohe Korrosionsbeständigkeit. Legierungen dieses Systems und heute auf der ganzen Welt zeigen erhöhtes Interesse.

Schnelles Abkühlen bildet Kristalle

Vor der Gewinnung von Barren oder geformten Gussteilen aus einer Aluminiumlegierung muss das Metall von Gasen und festen nichtmetallischen Einschlüssen gereinigt werden. Von den Gasen in flüssigem Aluminium ist hauptsächlich Wasserstoff gelöst. Je höher die Temperatur der Schmelze, desto mehr. Während des Abkühlens und Kristallisierens hat es keine Zeit, sich abzuheben und verbleibt in Form von winzigen, manchmal ziemlich großen Poren im Metall. Wasserstoff bringt viel Ärger: Lunker in geformten Gussteilen, Blasen in Blechen und Profilen, Poren beim Schmelzschweißen. Und nur in einem Fall erwies sich Wasserstoff als sehr nützlich - wir sprechen über den sogenannten Aluminiumschaum, der an einen guten holländischen Käse erinnert (nur in einem solchen Metall gibt es viel mehr Poren, und es lässt keinen „ zerreißen"). Das spezifische Gewicht von Aluminiumschaum kann auf 0,3...0,5 g/cm3 erhöht werden. Die Poren darin sind geschlossen und das Metall schwimmt frei im Wasser. Es hat eine außergewöhnlich niedrige Wärme- und Schallleitfähigkeit, es wird geschnitten und gelötet. Um eine Rekordzahl an Hohlräumen zu erhalten, wurde flüssiges Aluminium nach dem "Rezept" von Professor M.B. Altman, überhitzen und dann Zirkonium- oder Titanhydrid hineingeben, das sich sofort zersetzt und Wasserstoff freisetzt. Sofort wird das Metall, das mit einer großen Anzahl von Blasen aufkocht, schnell in Formen gegossen.

Aber in allen anderen Fällen versuchen sie, Wasserstoff loszuwerden. Dazu wird die Schmelze am besten mit Chlor ausgeblasen. Chlorbläschen, die sich durch flüssiges Aluminium bewegen, absorbieren Atome und winzige Wasserstoffbläschen, fangen Schwebeteilchen von Schlacke und Oxidfilmen ein. Die Evakuierung von flüssigem Aluminium hat eine große Wirkung, die der sowjetische Wissenschaftler K.N. Michailow.

Alle nichtmetallischen Einschlüsse sind besonders schädlich, wenn das Metall langsam kristallisiert, daher streben sie beim Gießen immer danach, die Kristallisationsgeschwindigkeit zu erhöhen. Formteile werden nicht in Erdformen, sondern in Metallformen gegossen; Beim Gießen von Barren werden gusseiserne Formen durch wassergekühlte Kupferformen ersetzt. Aber auch bei der schnellsten Wärmeabfuhr von der Wand der Kokille oder Form entsteht nach dem Auskristallisieren der ersten dünnen Schicht ein Luftspalt zwischen der Wand und dieser Kruste. Luft leitet Wärme schlecht ... Die Wärmeabfuhrrate aus dem Metall sinkt stark ab.

An diesem Luftspalt scheiterten lange Zeit alle Versuche, die Abkühlung der Wände radikal zu beschleunigen. Am Ende fand man die richtige Lösung, wie es in der Technik oft der Fall ist, es „andererseits“ zu tun: Statt dem Wärmeverlust im Luftspalt entgegenzuwirken, wurde der Spalt selbst eliminiert. Kühlwasser begann das kristallisierende Metall direkt zu spülen. So wurde das Verfahren des kontinuierlichen Gießens von Aluminiumblöcken geboren.

Flüssiges Metall wird in eine Kupfer- oder Aluminiumform geringer Höhe gegossen. Eine Palette wird in die Form eingesetzt und ersetzt den festen Boden. Sobald die Erstarrung des Aluminiums beginnt, wird die Schale langsam abgesenkt – schrittweise und im gleichen Tempo wie der Kristallisationsprozess. Und flüssiges Metall wird kontinuierlich von oben zugeführt.

Der Prozess wird so gesteuert, dass sich das Loch aus geschmolzenem Aluminium hauptsächlich unter dem Rand der Form befindet, wo Wasser direkt dem erstarrenden Barren zugeführt wird.

Die Entwicklung des Stranggießens von Barren aus Aluminiumlegierungen erfolgte in den schwierigen Kriegsjahren. Aber bis 1945 gab es in unseren Hüttenwerken keine einzige Form für Aluminiumbarren mehr. Die Qualität des Gussmetalls wurde radikal verbessert. Eine große Rolle bei der Entwicklung des Aluminium-Stranggusses gehört A.F. Belov, V.A. Liwanow, S.M. Woronow und V.I. Dobatkin. Übrigens verdankt das Verfahren des Stranggießens von Stahl in der Eisenmetallurgie, dessen Entwicklung in den Folgejahren begann, viel der erfolgreichen Entwicklung des Stranggießens von Aluminium.

Später F.I. Kwasow, 3.N. Getselev und G.A. Balakhontsev brachte eine originelle Idee vor, die es ermöglichte, tonnenschwere Aluminiumbarren ohne Formen zu kristallisieren. Während des Kristallisationsprozesses wird das flüssige Metall durch ein elektromagnetisches Feld in der Schwebe gehalten.

Nicht weniger witzig war V.G. Golovkin, ein kontinuierliches Verfahren zur Herstellung von gegossenem Aluminiumdraht mit einem Durchmesser von bis zu 9 mm. Aus einem horizontalen Loch im Ofen strömte kontinuierlich ein Strahl flüssigen Metalls. Gleich am Ausgang wurde dem Metall Kühlwasser zugeführt, und bald wurde der teilweise verworfene Strom von Walzen aufgenommen und weitergezogen. Die Oberfläche eines solchen Drahtes erwies sich als glatt und glänzend, seine Festigkeit war kaltgezogenem Draht nicht unterlegen. Und der Bedarf danach war enorm. Jeder, der schon einmal ein Flugzeug geflogen ist, hat endlose Reihen von Nieten an Tragflächen und Rumpf gesehen. Aber anscheinend weiß nicht jeder, dass die Anzahl dieser Nieten an einem Kriegskämpfer 100 ... 200.000 Stück und an einem Bomber - sogar bis zu einer Million ... - erreichte.

In Bezug auf die Härtungsphasen haben wir betont, dass sie das Ergebnis der Auflösung der entsprechenden Metalle im Aluminium und der chemischen Wechselwirkung damit sind. Dies sind äußerst nützliche Einschlüsse. Mit Oxideinschlüssen wird auf allen Stufen der Produktion hartnäckig gekämpft. Aber das ist die Dialektik der Eigenschaften eines Stoffes: Oxideinschlüsse, die im Aluminium unlöslich und für Aluminium schädlich sind, veränderten ihre Qualität vollständig, sobald sie sich in die dünnsten Filme verwandelten.

SAP und SAS

Wenn flüssiges Aluminium versprüht wird, erhält man mehr oder weniger abgerundete Partikel, die vollständig mit dünnen Oxidfilmen bedeckt sind. Diese Teilchen (sie werden Pulverisate genannt) werden in Kugelmühlen gemahlen. Es werden die dünnsten "Kuchen" mit einer Dicke von 0,1 Mikron erhalten. Wenn ein solches Pulver nicht vorher oxidiert wird, explodiert es bei Kontakt mit Luft sofort - es kommt zu einer heftigen Oxidation. Daher wird in den Mühlen eine inerte Atmosphäre mit kontrolliertem Sauerstoffgehalt erzeugt, und der Prozess der Pulveroxidation schreitet allmählich voran.

In der ersten Mahlstufe sinkt die Schüttdichte des Pulvers auf 0,2 g/cm3, der Gehalt an Aluminiumoxid steigt allmählich auf 4...8 % an. Das Mahlen wird fortgesetzt, kleine Partikel passen fester, kleben nicht zusammen, da dem Pulver speziell Fett zugesetzt wird und die Schüttdichte des Materials auf 0,8 g / cm3 ansteigt. Die Oxidation erfolgt ziemlich intensiv und der Gehalt an Aluminiumoxid erreicht 9...14%. Allmählich verschwindet das Fett fast vollständig und die kleinsten oxidierten Partikel "nieten", verschmelzen zu größeren Konglomeraten.

Ein so „schweres“ Pulver (es enthält bis zu 20 ... 25% Oxid) fliegt nicht mehr wie Flusen, es kann sicher in Gläser gegossen werden. Dann wird das Pulver in Pressen unter einem Druck von 30...60 kg/mm2 und einer Temperatur von 550...650ºС brikettiert. Danach erhält das Material einen metallischen Glanz, es hat eine relativ hohe Festigkeit, elektrische und thermische Leitfähigkeit. Briketts können gepresste, gewalzte, geschmiedete Rohre, Bleche, Stäbe und andere Produkte sein. Alle diese Halbzeuge heißen SAP – nach den Anfangsbuchstaben der Worte „gesintertes Aluminiumpulver“.

Je kleiner der Abstand zwischen den Partikeln ist, desto stärker ist das SAP. Aufgrund der Tatsache, dass die Art der dispersen Formationen in herkömmlichen alternden Aluminiumlegierungen und SAP unterschiedlich ist, unterscheiden sich diese Materialien auch stark in ihren Eigenschaften. SAP behält seine hohe Festigkeit bis zu 500...600 °C, und alle Aluminiumlegierungen gehen bei dieser Temperatur in einen halbflüssigen oder viskosen Zustand über. Tausende von Stunden bei Temperaturen bis zu 500 °C haben im Allgemeinen wenig Einfluss auf die Festigkeit von SAP, da sich das Zusammenspiel der Oxidpartikel und der Aluminiummatrix nach dem Erhitzen kaum verändert. Aluminiumlegierungen hingegen verlieren bei einem solchen Test vollständig ihre Festigkeit.

SAP muss nicht gehärtet werden, in Sachen Korrosionsbeständigkeit liegt es nahe an reinem Aluminium. Hinsichtlich der elektrischen und thermischen Leitfähigkeit ist dieser Werkstoff näher an reinem Aluminium als an alterungsbeständige Legierungen gleicher Festigkeit. Ein charakteristisches Merkmal von SAP ist die Adsorption einer großen Menge Feuchtigkeit durch die verzweigte Oberfläche oxidierter Partikel.

Daher muss SAP im Vakuum gut entgast werden, indem das Material auf den Schmelzpunkt von Aluminium erhitzt wird. Kolben von Motoren, die bei Temperaturen von bis zu 400 und sogar 450 °C arbeiten, werden aus SAP hergestellt, ein vielversprechender Werkstoff für den Schiffbau und die chemische Verfahrenstechnik.

Um die Geschichte über die Verwendung von Aluminium als Konstruktionsmaterial zu beenden, müssen seine Sinterlegierungen mit Silizium, Nickel, Eisen, Chrom und Zirkonium erwähnt werden. Sie heißen CAC – nach den Anfangsbuchstaben der Worte „Sintered Aluminium Alloy“. Legierungen haben einen niedrigen linearen Ausdehnungskoeffizienten, wodurch sie in Kombination mit Stahl in Mechanismen und Geräten verwendet werden können. Gewöhnliches Aluminium hingegen hat einen linearen Ausdehnungskoeffizienten, der etwa doppelt so hoch ist wie der von Stahl, und dies verursacht große Spannungen, Dimensionsverzerrungen und Festigkeitsverluste.

Natürlich lässt sich über Element Nr. 13 viel mehr sagen als über Aluminiummetall. Die "Biographie" des Elements Nr. 13 ist mit dem Schicksal vieler wissenschaftlicher Probleme und Entdeckungen, einer Vielzahl von Prozessen und Produkten verbunden - Farben, Polymermaterialien, Katalysatoren und vielen anderen. Und doch werden wir uns nicht irren, wenn wir behaupten, dass Aluminiummetall in der modernen Technik, im modernen Leben wichtiger ist als alle Aluminiumverbindungen zusammen.

Nicht nur eine Legende

In vielen populären Büchern über Chemie und Metallurgie gibt es eine Geschichte, dass Aluminium angeblich in der Antike bekannt war. Ein gewisser Erfinder (sein Name bleibt unbekannt) brachte einem der Herrscher eine Schale aus Metall - sehr leicht, aber äußerlich Silber ähnlich. Die Geschichte endete in Tränen: Der Erfinder wurde hingerichtet, weil der Herr befürchtete, dass das neue Metall sein Silber entwerten würde.

Höchstwahrscheinlich ist diese Geschichte nichts weiter als ein schönes Märchen. Aber einige Aluminiumverbindungen wurden von Menschen in der Antike verwendet. Und nicht nur Ton, der auf Al2O3 basiert. Plinius der Ältere erwähnt in „Natural History“, dass Alaun (ihre Formel ist KAl(SO4)2 · 12H2O) als Beizmittel beim Färben von Stoffen an der Wende der alten und neuen Ära verwendet wurde. Zu Beginn unserer Ära befahl der römische Feldherr Archelaus während des Krieges mit den Persern, die Holztürme mit Alaun zu beschichten. Infolgedessen erlangte der Baum Feuerwiderstand und die Perser konnten die römischen Befestigungen nicht in Brand setzen.

Aluminothermie

1865 stellte der berühmte russische Chemiker N.N. Beketov entdeckte eine Methode zur Rückgewinnung von Metallen unter Verwendung von Aluminium, die sogenannte Aluminothermie. Die Essenz des Verfahrens besteht darin, dass diese Metalle reduziert werden, wenn eine Mischung aus Oxiden vieler Metalle mit elementarem Aluminium gezündet wird. Wenn das Oxid im Überschuss genommen wird, ist das resultierende Metall fast frei von der Beimischung von Element Nr. 13. Dieses Verfahren wird heute häufig bei der Herstellung von Chrom, Vanadium und Mangan eingesetzt.

Synthetischer Kryolith

Kryolith wird benötigt, um Aluminium durch Elektrolyse zu gewinnen. Dieses eisähnliche Mineral kann den Schmelzpunkt von Tonerde, einem Rohstoff für die Aluminiumherstellung, deutlich senken. Die Zusammensetzung von Kryolith ist 3NaF AlF3. Das einzige große Vorkommen dieses Minerals ist fast erschöpft, und man kann sagen, dass die Aluminiumindustrie der Welt jetzt an synthetischem Kryolith arbeitet. In unserem Land wurden bereits 1924 die ersten Versuche unternommen, künstlichen Kryolith zu gewinnen. 1933 wurde die erste Kryolithanlage in der Nähe von Swerdlowsk in Betrieb genommen. Es gibt zwei Hauptmethoden zur Herstellung dieses Minerals - sauer und alkalisch, wobei die erste häufiger verwendet wird. Als Ausgangsmaterial dient hier CaF2-Flussspat, der mit Schwefelsäure behandelt und Fluorwasserstoff gewonnen wird. In Wasser gelöst wird es in Flusssäure umgewandelt, die mit Aluminiumhydroxid reagiert. Die erhaltene Fluoraluminiumsäure H3AlF6 wird mit Soda zentralisiert. Kryolith, der in Wasser schwer löslich ist, fällt aus.

Erster Katalysator

Seit vielen Jahren hört man nicht auf, über die Katalysatoren von K. Ziegler und D. Natta zu sprechen, elementorganische Verbindungen, die die Herstellung vieler polymerer Materialien, insbesondere synthetischer Kautschuke, revolutioniert haben. Die mit Hilfe solcher Katalysatoren erhaltenen Polymere zeichnen sich durch eine besonders klare Struktur und damit durch beste physikalisch-chemische Eigenschaften aus. Organoaluminiumverbindungen waren die ersten Katalysatoren für die stereospezifische Polymerisation.

Und es ist alles Aluminiumoxid!

Aluminium ist schon lange kein Edelmetall mehr, aber einige seiner Verbindungen bleiben immer noch Edelsteine. Einkristalle aus Aluminiumoxid mit kleinen Zusätzen färbender Oxide – das ist sowohl ein leuchtend roter Rubin als auch ein strahlend blauer Saphir – Edelsteine ​​erster – höchster Ordnung. Ihnen wird Farbe gegeben: Saphir - Ionen von Eisen und Titan, Rubin - Chrom. Reines kristallines Aluminiumoxid ist farblos und wird als Korund bezeichnet. Aluminium findet sich auch in Turmalin, farblosem Leucosaphir, gelbem „orientalischem Topas“ und vielen anderen wertvollen Steinen. Künstlicher Korund, Saphir und Rubin werden im Fabrikmaßstab hergestellt; diese Steine ​​werden nicht nur von Juwelieren, sondern auch von vielen Zweigen der modernen Technologie benötigt. Es genügt, an Rubinlaser, Uhren „auf fünfzehn Steinen“, Schmirgel, der hauptsächlich aus in Elektroöfen gewonnenem Korund hergestellt wird, und Saphirfenster des Tokamak zu erinnern, einer der ersten Anlagen zur Untersuchung thermonuklearer Prozesse.

Nur ein Isotop

Natürliches Aluminium besteht nur aus einer "Sorte" von Atomen - einem Isotop mit einer Massenzahl von 27. Es sind mehrere künstliche radioaktive Isotope des Elements Nr. 13 bekannt, die meisten von ihnen sind kurzlebig und nur eines - Aluminium-26 - hat eine Hälfte -Leben von etwa einer Million Jahren.

Aluminate

Aluminate sind Salze von Orthoaluminium-H3AlO3- und Metaaluminium-HAlO2-Säuren. Zu den natürlichen Aluminaten gehören edler Spinell und kostbarer Chrysoberyll. Natriumaluminat NaAlO2, das bei der Herstellung von Tonerde entsteht, wird in der Textilindustrie als Beizmittel verwendet. Praktische Bedeutung haben in letzter Zeit auch Aluminate von Seltenerdelementen erlangt, die sich durch hohe Feuerfestigkeit und eine charakteristische, vielfach schöne Farbe auszeichnen. Lanthan- und Samariumaluminate sind cremefarben, Europium, Gadolinium und Dysprosium sind rosa, Neodym ist lila und Praseodym ist gelb. Diese Materialien gelten als vielversprechend bei der Herstellung von Spezialkeramiken und optischen Gläsern sowie in der Kernenergietechnik: Einige Seltenerdelemente zeichnen sich durch eine außergewöhnlich hohe Fähigkeit zum Einfangen thermischer Neutronen aus. Mehr dazu in den Geschichten über Lanthanoide.

Lehrer über Schüler

„... ich glaube, dass ich eine Entdeckung gemacht habe: Ich habe eine Person entdeckt. 1880, kurz nach meiner Rückkehr aus Japan, wo ich vier Jahre lang Chemie unterrichtet hatte, bemerkte ich einen sechzehnjährigen Jungen. Dieser junge Mann kam ins Labor, um Glasröhrchen, Reagenzgläser oder ähnliches für ein paar Cent zu kaufen. Ich wusste nichts über diesen Jungen, aber ich dachte oft, dass er vielleicht Wissenschaftler werden würde, weil er in jenen Jahren forschte, in denen andere Teenager ihre Zeit nur mit Spielen und Unterhaltung verbringen. Dieser Teenager war Charles M. Hall, der Mann, der im Alter von 23 Jahren eine Methode zur Trennung von Aluminium aus Erzen entdeckte.

Charles trat ins College ein, und nachdem er einen Teil des erforderlichen Kurses bestanden hatte, nahm ich ihn mit in mein Labor. Einmal habe ich im Gespräch mit Studenten gesagt: "Der Erfinder, dem es gelingt, ein billiges Verfahren zur Gewinnung von Aluminium zu entwickeln und Aluminium zu einem Massenmetall zu machen, wird der Menschheit einen großen Dienst erweisen und den Ruhm eines herausragenden Wissenschaftlers verdienen."

Ich hörte, wie Charles sich an einen seiner Klassenkameraden wandte und sagte: "Ich kümmere mich um dieses Metall." Und er machte sich an die Arbeit. Er versuchte viele Methoden, alle ohne Erfolg. Schließlich entschied sich Hall für die Elektrolyse. Ich habe ihm alte, unnötige Geräte und Batterien gegeben. Diejenigen unter Ihnen, die elektrische Batterien gesehen haben, würden darüber lachen, was Hall aus verschiedenen Bechern mit Kohleklumpen bauen konnte. Aber wir bekamen den Strom, den wir brauchten.

Kurz darauf absolvierte Hall das College und übernahm die Einrichtung. Er richtete sein Labor im Wald unweit seines Hauses ein, beharrte auf seinen Experimenten und erzählte mir oft von den Ergebnissen.

Es war notwendig, ein Lösungsmittel für Aluminiumoxid, den wichtigsten Aluminiumrohstoff, zu finden. Und nach sechs Monaten stellte Hall fest, dass das Oxid in einer Schmelze von Natriumfluorid-Aluminat 3NaF · AlF3 sehr gut löslich ist.

Eines Morgens rannte Hall mit einem freudigen Ausruf zu mir: "Professor, ich habe es!" Auf einer ausgestreckten Hand lagen zwölf kleine Kugeln aus Aluminium, dem allerersten Aluminium, das durch Elektrolyse hergestellt wurde. Dies geschah am 23. Februar 1886.“

Dies ist die Geschichte von Professor Yvette, von uns nachgedruckt aus der Sammlung "Flash of Genius", zusammengestellt aus Primärquellen des amerikanischen Wissenschaftlers A. Garrett.

Aluminium im Raketentreibstoff

Wenn Aluminium in Sauerstoff und Fluor verbrennt, wird viel Wärme freigesetzt. Daher wird es als Zusatz zum Raketentreibstoff verwendet. Die Saturn-Rakete verbrennt während ihres Fluges 36 Tonnen Aluminiumpulver. Die Idee, Metalle als Bestandteil von Raketentreibstoff zu verwenden, wurde erstmals von F.A. Zander.

Fazit

Es ist bekannt, dass bei p-Elementen die p-Unterebene des äußeren elektronischen Niveaus mit Elektronen gefüllt ist, die ein bis sechs Elektronen enthalten können.

Es gibt 30 p-Elemente im Periodensystem. Diese p-Elemente oder ihre p-elektronischen Gegenstücke bilden die Untergruppen IIIA, IVA, VA, VIA, VIIA und VI IIA. Die Struktur der äußeren elektronischen Ebene der Atome der Elemente dieser Untergruppen entwickelt sich wie folgt: ns2p1, ns2p2, ns2p3, ns2p4, ns2p5 und ns2p6.

Insgesamt ist bei p-Elementen mit Ausnahme von Aluminium die Reduktionsaktivität relativ schwach ausgeprägt. Im Gegensatz dazu wird beim Übergang von der IIIA- zur VIIA-Untergruppe eine Zunahme der oxidativen Aktivität neutraler Atome beobachtet, die Werte der Elektronenaffinität und der Ionisierungsenergie nehmen zu und die Elektronegativität der p-Elemente nimmt zu.

In p-Element-Atomen sind nicht nur p-Elektronen Valenz, sondern auch s-Elektronen der äußeren Ebene. Die höchste positive Oxidationsstufe von p-elektronischen Analoga ist gleich der Nummer der Gruppe, in der sie sich befinden.

Gebrauchte Bücher

1. Akhmetov N.S., Allgemeine und anorganische Chemie. - M.: Gymnasium, 1989

2. Cotton F., Wilkinson J., Grundlagen der anorganischen Chemie. -M.: Mir, 1979

3. Nekrasov B.V., Lehrbuch der Allgemeinen Chemie. - M.: Chemie, 1981

4. S. I. Venetsky „Geschichten über Metalle“, Moskau, hrsg. Metallurgie 1986

5. Yu. V. Khodakov, V. L. Vasilevsky "Metals", Moskau, hrsg. Aufklärung 1966

6. A. V. Suvorov, A. B. Nikolsky „Allgemeine Chemie“, St. Petersburg ed. Chemie 1995

Planen:

Einführung

Physikalische Eigenschaften von Al

Chemische Eigenschaften von Al

Erhalt und Verwendung von Al

Aluminiumoxid Al 2 Ö 3

Aluminiumhydroxid Al(OH)3

Aluminiumsalze

Binäre Verbindungen von Aluminium

Interesse, Interesse...

Was ist er - Al

Über die Vorteile von Alterungs- und Kräftigungsphasen

Schnelles Abkühlen bildet Kristalle

SAP und SAS

Nicht nur eine Legende

Aluminothermie

Synthetischer Kryolith

Erster Katalysator

Und es ist alles Aluminiumoxid!

Nur ein Isotop

Aluminate

Lehrer über Schüler

Aluminium im Raketentreibstoff

Fazit

Literatur

Staatliche Landwirtschaftsakademie Uljanowsk

Institut für Chemie

Geprüft von: Nuretdinova R.A.

Abstrakt

"Aluminium"

Wird von einem Studenten durchgeführtichKurs

2b Fakultätsgruppen

Tiermedizin

Die dokumentierte Entdeckung von Aluminium erfolgte im Jahr 1825. Der dänische Physiker Hans Christian Oersted erhielt dieses Metall erstmals, als er es durch Einwirkung von Kaliumamalgam auf wasserfreies Aluminiumchlorid (erhalten durch Hindurchleiten von Chlor durch eine heiße Mischung aus Aluminiumoxid und Kohle) isolierte. Nachdem er das Quecksilber vertrieben hatte, erhielt Oersted Aluminium, das jedoch mit Verunreinigungen belastet war. 1827 erhielt der deutsche Chemiker Friedrich Wöhler Aluminium in Pulverform durch Reduktion von Kaliumhexafluoroaluminat. Die moderne Methode zur Herstellung von Aluminium wurde 1886 von einem jungen amerikanischen Forscher, Charles Martin Hall, entdeckt. (Von 1855 bis 1890 wurden nur 200 Tonnen Aluminium gewonnen, und in den nächsten zehn Jahren wurden 28.000 Tonnen dieses Metalls weltweit nach dem Hall-Verfahren gewonnen.) Aluminium mit einer Reinheit von über 99,99 % wurde erstmals 1920 durch Elektrolyse gewonnen. 1925 veröffentlichte Edwards einige Informationen über die physikalischen und mechanischen Eigenschaften eines solchen Aluminiums. 1938 Taylor, Willey, Smith und Edwards veröffentlichten einen Artikel, der einige der Eigenschaften von 99,996 % reinem Aluminium aufzeigt, das ebenfalls in Frankreich durch Elektrolyse gewonnen wird. Die erste Auflage der Monographie über die Eigenschaften von Aluminium erschien 1967. Bis vor kurzem glaubte man, dass Aluminium als sehr aktives Metall in der Natur nicht in freiem Zustand vorkommen kann, aber im Jahr 1978. in den Gesteinen der sibirischen Plattform wurde natives Aluminium entdeckt - in Form von nur 0,5 mm langen Whiskern (mit wenigen Mikrometer dicken Fäden). Natives Aluminium wurde auch in der Monderde gefunden, die aus den Regionen der Meere der Krisen und des Überflusses zur Erde gebracht wurde.

Baustoffe aus Aluminium

In der Erdkruste ist viel Aluminium enthalten: 8,6 Gew.-%. Unter allen Metallen steht es an erster Stelle und unter anderen Elementen an dritter Stelle (nach Sauerstoff und Silizium). Es gibt doppelt so viel Aluminium wie Eisen und 350 Mal so viel wie Kupfer, Zink, Chrom, Zinn und Blei zusammen! Wie er vor über 100 Jahren in seinem klassischen Lehrbuch schrieb Grundlagen der Chemie D. I. Mendeleev ist von allen Metallen „Aluminium das in der Natur am häufigsten vorkommende; es genügt der Hinweis, dass es Bestandteil des Tons ist, so dass die allgemeine Verteilung von Aluminium in der Erdkruste deutlich wird. Aluminium oder das Metall des Alauns (Alumen) wird daher auch Ton genannt, der in Ton vorkommt.

Das wichtigste Aluminiummineral ist Bauxit, eine Mischung aus basischem Oxid AlO(OH) und Hydroxid Al(OH) 3 . Die größten Bauxitvorkommen befinden sich in Australien, Brasilien, Guinea und Jamaika; auch in anderen Ländern wird industriell produziert. Alunit (Alaunstein) (Na, K) 2 SO 4 Al 2 (SO 4) 3 4Al (OH) 3, Nephelin (Na, K) 2 O Al 2 O 3 2SiO 2 sind ebenfalls reich an Aluminium. Insgesamt sind mehr als 250 Mineralien bekannt, darunter Aluminium; die meisten von ihnen sind Alumosilikate, aus denen die Erdkruste hauptsächlich gebildet wird. Bei ihrer Verwitterung entsteht Ton, dessen Basis das Mineral Kaolinit Al 2 O 3 2SiO 2 2H 2 O ist. Eisenverunreinigungen färben den Ton meist braun, aber es gibt auch weißen Ton – Kaolin, der zur Porzellanherstellung verwendet wird und Fayence-Produkte.

Gelegentlich wird ein außergewöhnlich hartes (nach Diamant zweitrangiges) Mineral Korund gefunden – ein kristallines Oxid von Al 2 O 3 , oft mit Verunreinigungen in verschiedenen Farben gefärbt. Seine blaue Variante (eine Beimischung von Titan und Eisen) wird Saphir genannt, die rote (eine Beimischung von Chrom) wird Rubin genannt. Verschiedene Verunreinigungen können den sogenannten Edelkorund auch in Grün, Gelb, Orange, Violett und andere Farben und Schattierungen färben.

Bis vor kurzem glaubte man, dass Aluminium als sehr aktives Metall nicht in freier Form in der Natur vorkommen könne, jedoch wurde 1978 in den Gesteinen der Sibirischen Plattform natives Aluminium entdeckt – in Form von nur 0,5 mm langen Whiskern (bei einer Fadenstärke von mehreren Mikrometern). Natives Aluminium wurde auch in der Monderde gefunden, die aus den Regionen der Meere der Krisen und des Überflusses zur Erde gebracht wurde. Es wird angenommen, dass metallisches Aluminium durch Kondensation aus dem Gas gebildet werden kann. Es ist bekannt, dass Aluminiumhalogenide - Chlorid, Bromid, Fluorid - beim Erhitzen mehr oder weniger leicht verdampfen können (z. B. sublimiert AlCl 3 bereits bei 180 ° C). Bei starker Temperaturerhöhung zersetzen sich Aluminiumhalogenide und gehen in einen Zustand mit einer niedrigeren Wertigkeit des Metalls über, beispielsweise AlCl. Wenn eine solche Verbindung bei Temperaturerniedrigung und Sauerstoffausschluss kondensiert, findet in der festen Phase eine Disproportionierungsreaktion statt: Ein Teil der Aluminiumatome wird oxidiert und geht in den üblichen dreiwertigen Zustand über, ein Teil wird reduziert. Einwertiges Aluminium kann nur zum Metall reduziert werden: 3AlCl ® 2Al + AlCl 3 . Diese Annahme wird auch durch die fadenförmige Form nativer Aluminiumkristalle gestützt. Typischerweise werden Kristalle dieser Struktur aufgrund von schnellem Wachstum aus der Gasphase gebildet. Wahrscheinlich sind auf ähnliche Weise mikroskopisch kleine Aluminiumnuggets im Mondboden entstanden.

Der Name Aluminium kommt vom lateinischen alumen (Gattung Fall aluminis). Sogenannter Alaun, doppeltes Kalium-Aluminium-Sulfat KAl (SO 4 ) 2 · 12 H 2 O), das als Beizmittel beim Färben von Stoffen verwendet wurde. Der lateinische Name geht wahrscheinlich auf das griechische "halme" zurück - Sole, Salzlösung. Es ist merkwürdig, dass Aluminium in England Aluminium ist und in den USA Aluminium.

In vielen populären Büchern über Chemie gibt es eine Legende, dass ein gewisser Erfinder, dessen Name sich nicht erhalten hat, dem Kaiser Tiberius, der Rom 14-27 n. Chr. regierte, eine Schüssel aus einem Metall brachte, das in seiner Farbe Silber ähnelte, aber Feuerzeug. Dieses Geschenk kostete den Meister das Leben: Tiberius befahl, ihn hinzurichten und die Werkstatt zu zerstören, weil er befürchtete, dass das neue Metall das Silber in der kaiserlichen Schatzkammer entwerten könnte.

Diese Legende basiert auf einer Geschichte von Plinius dem Älteren, einem römischen Schriftsteller und Gelehrten, Autor Naturgeschichte- Enzyklopädien naturwissenschaftlichen Wissens der Antike. Laut Plinius wurde das neue Metall aus "lehmiger Erde" gewonnen. Aber Ton enthält Aluminium.

Moderne Autoren machen fast immer den Vorbehalt, dass diese ganze Geschichte nichts weiter als ein schönes Märchen ist. Und das ist nicht verwunderlich: Aluminium in Gesteinen ist extrem stark an Sauerstoff gebunden, und es braucht viel Energie, um es freizusetzen. Kürzlich sind jedoch neue Daten über die grundsätzliche Möglichkeit aufgetaucht, metallisches Aluminium in der Antike zu gewinnen. Wie die Spektralanalyse zeigt, sind die Verzierungen am Grab des chinesischen Feldherrn Zhou-Zhu, der Anfang des 3. Jahrhunderts starb. AD, werden aus einer Legierung hergestellt, die zu 85 % aus Aluminium besteht. Könnten die Alten freies Aluminium erhalten haben? Alle bekannten Methoden (Elektrolyse, Reduktion mit metallischem Natrium oder Kalium) werden automatisch eliminiert. Könnte in der Antike natives Aluminium gefunden werden, wie zum Beispiel Nuggets aus Gold, Silber, Kupfer? Auch das ist ausgeschlossen: Natives Aluminium ist das seltenste Mineral, das in vernachlässigbaren Mengen vorkommt, daher konnten die alten Meister solche Nuggets nicht in der richtigen Menge finden und sammeln.

Es ist jedoch auch eine andere Erklärung der Geschichte von Plinius möglich. Aluminium lässt sich nicht nur mit Hilfe von Strom und Alkalimetallen aus Erzen gewinnen. Es gibt seit der Antike ein verfügbares und weit verbreitetes Reduktionsmittel - das ist Kohle, mit deren Hilfe die Oxide vieler Metalle beim Erhitzen zu freien Metallen reduziert werden. Ende der 1970er Jahre beschlossen deutsche Chemiker zu testen, ob Aluminium in der Antike durch Reduktion mit Kohle hätte hergestellt werden können. Sie erhitzten eine Mischung aus Ton mit Kohlepulver und Kochsalz oder Pottasche (Kaliumkarbonat) in einem Tontiegel bis zur Rotglut. Salz wurde aus Meerwasser und Pottasche aus Pflanzenasche gewonnen, um nur die in der Antike verfügbaren Substanzen und Methoden zu verwenden. Nach einiger Zeit schwamm Schlacke mit Aluminiumkugeln auf der Oberfläche des Tiegels! Die Produktion des Metalls war gering, aber es ist möglich, dass die alten Metallurgen auf diese Weise das "Metall des 20. Jahrhunderts" erhalten konnten.

Eigenschaften von Aluminium.

Die Farbe von reinem Aluminium ähnelt Silber, es ist ein sehr leichtes Metall: Seine Dichte beträgt nur 2,7 g / cm 3. Leichter als Aluminium sind nur Alkali- und Erdalkalimetalle (außer Barium), Beryllium und Magnesium. Aluminium ist auch leicht zu schmelzen - bei 600 ° C (dünner Aluminiumdraht kann auf einem gewöhnlichen Küchenbrenner geschmolzen werden), siedet es jedoch erst bei 2452 ° C. In Bezug auf die elektrische Leitfähigkeit liegt Aluminium auf dem 4. Platz, nach Silber an zweiter Stelle (es steht an erster Stelle), Kupfer und Gold, das angesichts der Billigkeit von Aluminium von großer praktischer Bedeutung ist. Die Wärmeleitfähigkeit von Metallen ändert sich in der gleichen Reihenfolge. Die hohe Wärmeleitfähigkeit von Aluminium lässt sich leicht überprüfen, indem man einen Aluminiumlöffel in heißen Tee taucht. Und noch eine bemerkenswerte Eigenschaft dieses Metalls: Seine glatte, glänzende Oberfläche reflektiert das Licht perfekt: 80 bis 93 % im sichtbaren Bereich des Spektrums, je nach Wellenlänge. Im ultravioletten Bereich ist Aluminium diesbezüglich konkurrenzlos und nur im roten Bereich ist es Silber etwas unterlegen (im ultravioletten Bereich hat Silber eine sehr geringe Reflektivität).

Reines Aluminium ist ein ziemlich weiches Metall - fast dreimal weicher als Kupfer, daher lassen sich auch relativ dicke Aluminiumplatten und -stangen leicht biegen, aber wenn Aluminium Legierungen bildet (es gibt eine große Anzahl davon), kann sich seine Härte verzehnfachen.

Die charakteristische Oxidationsstufe von Aluminium ist +3, jedoch aufgrund des Vorhandenseins von ungefülltem 3 R- und 3 d-Orbitale Aluminiumatome können zusätzliche Donor-Akzeptor-Bindungen bilden. Поэтому ион Al 3+ с небольшим радиусом весьма склонен к комплексообразованию, образуя разнообразные катионные и анионные комплексы: AlCl 4 – , AlF 6 3– , 3+ , Al(OH) 4 – , Al(OH) 6 3– , AlH 4 – und viele andere. Auch Komplexe mit organischen Verbindungen sind bekannt.

Die chemische Aktivität von Aluminium ist sehr hoch; in der Reihe der Elektrodenpotentiale liegt es unmittelbar hinter Magnesium. Auf den ersten Blick mag eine solche Aussage seltsam erscheinen, schließlich ist eine Pfanne oder ein Löffel aus Aluminium ziemlich stabil in der Luft und bricht nicht in kochendem Wasser zusammen. Aluminium rostet im Gegensatz zu Eisen nicht. Es stellt sich heraus, dass das Metall an der Luft mit einer farblosen, dünnen, aber starken "Panzerung" aus Oxid bedeckt ist, die das Metall vor Oxidation schützt. Wenn also ein dicker Aluminiumdraht oder eine 0,5–1 mm dicke Platte in die Brennerflamme eingeführt wird, schmilzt das Metall, aber Aluminium fließt nicht, da es in einem Beutel seines Oxids verbleibt. Wenn Sie Aluminium den Schutzfilm entziehen oder es lockern (z. B. durch Eintauchen in eine Lösung von Quecksilbersalzen), zeigt Aluminium sofort sein wahres Wesen: Bereits bei Raumtemperatur beginnt es unter Entwicklung von Wasser heftig mit Wasser zu reagieren Wasserstoff: 2Al + 6H 2 O ® 2Al (OH) 3 + 3H 2 . Aluminium ohne Schutzfilm verwandelt sich an der Luft vor unseren Augen in ein loses Oxidpulver: 2Al + 3O 2 ® 2Al 2 O 3. Aluminium ist in feinverteiltem Zustand besonders aktiv; Aluminiumstaub brennt sofort aus, wenn er in die Flamme geblasen wird. Mischt man Aluminiumstaub mit Natriumperoxid auf einer Keramikplatte und tropft Wasser auf die Mischung, flammt auch Aluminium auf und verbrennt mit weißer Flamme.

Die sehr hohe Affinität von Aluminium zu Sauerstoff ermöglicht es, Sauerstoff aus den Oxiden einer Reihe anderer Metalle zu „entziehen“ und sie wiederherzustellen (Aluminothermie-Verfahren). Das bekannteste Beispiel ist das Thermitgemisch, bei dessen Verbrennung so viel Wärme frei wird, dass das entstehende Eisen schmilzt: 8Al + 3Fe 3 O 4 ® 4Al 2 O 3 + 9Fe. Diese Reaktion wurde 1856 von N. N. Beketov entdeckt. Auf diese Weise ist es möglich, die Metalle Fe 2 O 3 , CoO, NiO, MoO 3 , V 2 O 5 , SnO 2 , CuO und eine Reihe anderer Oxide wiederherzustellen. Bei der Reduktion von Cr 2 O 3 , Nb 2 O 5 , Ta 2 O 5 , SiO 2 , TiO 2 , ZrO 2 , B 2 O 3 mit Aluminium reicht die Reaktionswärme nicht aus, um die Reaktionsprodukte über ihren Schmelzpunkt zu erhitzen.

Aluminium löst sich leicht in verdünnten Mineralsäuren unter Bildung von Salzen. Konzentrierte Salpetersäure trägt durch Oxidation der Aluminiumoberfläche zur Verdickung und Härtung des Oxidfilms (der sogenannten Metallpassivierung) bei. So behandeltes Aluminium reagiert auch mit Salzsäure nicht. Durch elektrochemische anodische Oxidation (Eloxieren) auf der Oberfläche von Aluminium können Sie einen dicken Film erzeugen, der sich leicht in verschiedenen Farben lackieren lässt.

Die Verdrängung weniger aktiver Metalle aus Salzlösungen durch Aluminium wird oft durch einen Schutzfilm auf der Aluminiumoberfläche behindert. Dieser Film wird durch Kupferchlorid schnell zerstört, so dass die Reaktion 3CuCl 2 + 2Al ® 2AlCl 3 + 3Cu leicht abläuft, was von starker Erwärmung begleitet wird. In starken Alkalilösungen löst sich Aluminium leicht unter Freisetzung von Wasserstoff: 2Al + 6NaOH + 6H 2 O ® 2Na 3 + 3H 2 (es werden auch andere anionische Hydroxo-Komplexe gebildet). Die amphotere Natur von Aluminiumverbindungen zeigt sich auch in der leichten Auflösung ihrer frisch gefällten Oxide und Hydroxide in Alkalien. Kristallines Oxid (Korund) ist sehr beständig gegen Säuren und Laugen. Beim Schmelzen mit Alkalien entstehen wasserfreie Aluminate: Al 2 O 3 + 2NaOH ® 2NaAlO 2 + H 2 O. Magnesiumaluminat Mg (AlO 2) 2 ist ein Halbedelstein Spinell, meist mit Verunreinigungen in den unterschiedlichsten Farben gefärbt .

Aluminium reagiert heftig mit Halogenen. Wird ein dünner Aluminiumdraht in ein Reagenzglas mit 1 ml Brom eingeführt, so entzündet sich das Aluminium nach kurzer Zeit und brennt mit heller Flamme. Die Reaktion einer Mischung aus Aluminium- und Jodpulver wird durch einen Wassertropfen ausgelöst (Wasser mit Jod bildet eine Säure, die den Oxidfilm zerstört), woraufhin eine helle Flamme mit Keulen aus violettem Joddampf erscheint. Aluminiumhalogenide in wässrigen Lösungen sind aufgrund von Hydrolyse sauer: AlCl 3 + H 2 O Al(OH)Cl 2 + HCl.

Die Reaktion von Aluminium mit Stickstoff erfolgt erst oberhalb von 800 °C unter Bildung von AlN-Nitrid, mit Schwefel bei 200 °C (Al 2 S 3 -Sulfid wird gebildet), mit Phosphor bei 500 °C (AlP-Phosphid wird gebildet). Beim Einbringen von Bor in geschmolzenes Aluminium entstehen Boride der Zusammensetzung AlB 2 und AlB 12 - feuerfeste Verbindungen, die gegen Säuren beständig sind. Hydrid (AlH) x (x = 1,2) entsteht erst im Vakuum bei niedrigen Temperaturen bei der Reaktion von atomarem Wasserstoff mit Aluminiumdampf. AlH 3 -Hydrid, das in Abwesenheit von Feuchtigkeit bei Raumtemperatur stabil ist, wird in einer wasserfreien Etherlösung erhalten: AlCl 3 + LiH ® AlH 3 + 3LiCl. Bei einem Überschuss an LiH entsteht das salzartige Lithiumaluminiumhydrid LiAlH 4 - ein sehr starkes Reduktionsmittel, das in der organischen Synthese verwendet wird. Es zersetzt sich sofort mit Wasser: LiAlH 4 + 4H 2 O ® LiOH + Al (OH) 3 + 4H 2.

Aluminium bekommen.

Die dokumentierte Entdeckung von Aluminium erfolgte im Jahr 1825. Der dänische Physiker Hans Christian Oersted erhielt dieses Metall erstmals, als er es durch Einwirkung von Kaliumamalgam auf wasserfreies Aluminiumchlorid (erhalten durch Hindurchleiten von Chlor durch eine heiße Mischung aus Aluminiumoxid und Kohle) isolierte. Nachdem er das Quecksilber vertrieben hatte, erhielt Oersted Aluminium, das jedoch mit Verunreinigungen belastet war. 1827 erhielt der deutsche Chemiker Friedrich Wöhler Aluminium in Pulverform durch Reduktion von Kaliumhexafluoroaluminat:

Na 3 AlF 6 + 3K ® Al + 3NaF + 3KF. Später gelang es ihm, Aluminium in Form von glänzenden Metallkugeln zu gewinnen. 1854 entwickelte der französische Chemiker Henri Etienne Saint-Clair Deville das erste industrielle Verfahren zur Herstellung von Aluminium – durch Reduktion der Schmelze von Natriumtetrachloraluminat: NaAlCl 4 + 3Na ® Al + 4NaCl. Aluminium war jedoch weiterhin ein äußerst seltenes und teures Metall; es kostete nicht viel billiger als Gold und 1500-mal teurer als Eisen (jetzt nur noch dreimal). Aus Gold, Aluminium und Edelsteinen wurde in den 1850er Jahren für den Sohn des französischen Kaisers Napoleon III. eine Rassel gefertigt. Als 1855 auf der Weltausstellung in Paris ein großer, nach einem neuen Verfahren gewonnener Aluminiumbarren ausgestellt wurde, galt er als Schmuckstück. Der obere Teil (in Form einer Pyramide) des Washington Monument in der US-Hauptstadt wurde aus edlem Aluminium gefertigt. Aluminium war damals nicht viel billiger als Silber: In den USA wurde es beispielsweise 1856 zu einem Preis von 12 USD pro Pfund (454 g) und Silber zu 15 USD verkauft. Im 1. Band des berühmten Das Enzyklopädische Wörterbuch von Brockhaus und Efron sagte, dass "Aluminium immer noch hauptsächlich zum Anziehen von ... Luxusartikeln verwendet wird". Zu dieser Zeit wurden weltweit jährlich nur 2,5 Tonnen Metall abgebaut. Erst gegen Ende des 19. Jahrhunderts, als das elektrolytische Verfahren zur Gewinnung von Aluminium entwickelt wurde, begann seine jährliche Produktion Tausende von Tonnen zu betragen, und im 20. Jahrhundert. – Millionen Tonnen. Dies machte Aluminium zu einem weit verbreiteten Halbedelmetall.

Die moderne Methode zur Herstellung von Aluminium wurde 1886 von einem jungen amerikanischen Forscher, Charles Martin Hall, entdeckt. Schon als Kind interessierte er sich für Chemie. Nachdem er das alte Chemie-Lehrbuch seines Vaters gefunden hatte, begann er fleißig darin zu studieren, zu experimentieren, bekam einmal sogar eine Schelte von seiner Mutter wegen Beschädigung der Tischdecke. Und 10 Jahre später machte er eine herausragende Entdeckung, die ihn auf der ganzen Welt verherrlichte.

Als er im Alter von 16 Jahren Schüler wurde, hörte Hall von seinem Lehrer F. F. Jewett, dass, wenn es jemandem gelingt, eine billige Methode zur Gewinnung von Aluminium zu entwickeln, diese Person der Menschheit nicht nur einen großen Dienst erweisen, sondern auch einen großen verdienen wird Reichtum. Jewett wusste, wovon er sprach: Er hatte zuvor in Deutschland gelernt, für Wöhler gearbeitet und mit ihm die Probleme der Aluminiumgewinnung besprochen. Mit nach Amerika brachte Jewett auch eine Probe eines seltenen Metalls mit, die er seinen Schülern zeigte. Plötzlich erklärte Hall laut: "Ich werde dieses Metall bekommen!"

Sechs Jahre harter Arbeit gingen weiter. Hall versuchte auf verschiedene Weise, Aluminium zu gewinnen, jedoch ohne Erfolg. Schließlich versuchte er, dieses Metall durch Elektrolyse zu extrahieren. Damals gab es noch keine Kraftwerke, der Strom musste mit großen selbstgebauten Batterien aus Kohle, Zink, Salpeter- und Schwefelsäure gewonnen werden. Hall arbeitete in einer Scheune, wo er ein kleines Labor einrichtete. Unterstützt wurde er dabei von seiner Schwester Julia, die sich sehr für die Experimente ihres Bruders interessierte. Sie führte alle seine Briefe und Arbeitstagebücher, die es buchstäblich Tag für Tag ermöglichen, die Geschichte der Entdeckung zu verfolgen. Hier ein Auszug aus ihren Erinnerungen:

„Charles war immer gut gelaunt und konnte selbst an den schlimmsten Tagen über das Schicksal unglücklicher Erfinder lachen. In Zeiten des Scheiterns fand er Trost an unserem alten Klavier. In seinem Heimlabor arbeitete er viele Stunden ohne Pause; und als er das Set für eine Weile verlassen konnte, rannte er durch unser Langhaus, um ein wenig zu spielen ... Ich wusste, dass er, während er mit so viel Charme und Gefühl spielte, ständig an seine Arbeit dachte. Und die Musik half ihm dabei.

Das Schwierigste war, den Elektrolyten zu finden und das Aluminium vor Oxidation zu schützen. Nach sechs Monaten anstrengender Arbeit erschienen endlich ein paar kleine Silberkügelchen im Tiegel. Hall rannte sofort zu seinem ehemaligen Lehrer, um ihm von seinem Erfolg zu berichten. „Professor, ich habe es!“, rief er aus und streckte seine Hand aus: In seiner Handfläche lagen ein Dutzend kleiner Aluminiumkugeln. Dies geschah am 23. Februar 1886. Und genau zwei Monate später, am 23. April desselben Jahres, meldete sich der Franzose Paul Héroux für eine ähnliche Erfindung an, die er unabhängig und fast zeitgleich machte (zwei weitere Zufälle sind frappierend: beides Hall und Héroux wurden 1863 geboren und starben 1914).

Jetzt werden die ersten von Hall erhaltenen Aluminiumkugeln in der American Aluminium Company in Pittsburgh als nationale Reliquie aufbewahrt, und in seinem College gibt es ein aus Aluminium gegossenes Denkmal für Hall. Anschließend schrieb Jewett: „Meine wichtigste Entdeckung war die Entdeckung des Menschen. Es war Charles M. Hall, der im Alter von 21 Jahren einen Weg entdeckte, Aluminium aus Erz zurückzugewinnen, und so Aluminium zu jenem wunderbaren Metall machte, das heute auf der ganzen Welt weit verbreitet ist. Jewetts Prophezeiung wurde wahr: Hall erhielt breite Anerkennung, wurde Ehrenmitglied vieler wissenschaftlicher Gesellschaften. Aber sein Privatleben scheiterte: Die Braut wollte sich nicht damit abfinden, dass ihr Verlobter die ganze Zeit im Labor verbringt, und löste die Verlobung. Hall fand Trost in seinem Heimat-College, wo er für den Rest seines Lebens arbeitete. Wie Charles 'Bruder schrieb: "Das College war seine Frau und seine Kinder und alles, sein ganzes Leben lang." Hall vermachte dem College auch den größten Teil seines Erbes - 5 Millionen US-Dollar. Hall starb im Alter von 51 Jahren an Leukämie.

Halls Verfahren ermöglichte es, im großen Maßstab mit Strom relativ preiswertes Aluminium zu gewinnen. Wenn von 1855 bis 1890 nur 200 Tonnen Aluminium gewonnen wurden, dann wurden im nächsten Jahrzehnt nach der Hall-Methode 28.000 Tonnen dieses Metalls auf der ganzen Welt gewonnen! Bis 1930 hatte die Weltjahresproduktion von Aluminium 300.000 Tonnen erreicht. Mittlerweile werden jährlich mehr als 15 Millionen Tonnen Aluminium produziert. In speziellen Bädern bei einer Temperatur von 960–970 ° C wird eine Lösung von Aluminiumoxid (technisches Al 2 O 3) einer Elektrolyse in geschmolzenem Kryolith Na 3 AlF 6 unterzogen, das teilweise in Form eines Minerals und teilweise speziell abgebaut wird synthetisiert. Flüssiges Aluminium sammelt sich am Boden des Bades (Kathode), Sauerstoff wird an Kohlenstoffanoden freigesetzt, die allmählich ausbrennen. Bei niedriger Spannung (ca. 4,5 V) verbrauchen Elektrolyseure enorme Ströme – bis zu 250.000 A! An einem Tag produziert ein Elektrolyseur etwa eine Tonne Aluminium. Die Produktion erfordert große Mengen an Strom: 15.000 Kilowattstunden Strom werden verbraucht, um 1 Tonne Metall herzustellen. Diese Menge Strom verbraucht ein großes Gebäude mit 150 Wohnungen einen ganzen Monat lang. Die Herstellung von Aluminium ist umweltgefährdend, da die atmosphärische Luft mit flüchtigen Fluorverbindungen belastet ist.

Die Verwendung von Aluminium.

Sogar D. I. Mendeleev schrieb, dass "Metallaluminium mit großer Leichtigkeit und Festigkeit und geringer Variabilität in Luft für einige Produkte sehr gut geeignet ist". Aluminium ist eines der häufigsten und billigsten Metalle. Ohne sie ist das moderne Leben schwer vorstellbar. Kein Wunder, dass Aluminium das Metall des 20. Jahrhunderts genannt wird. Es lässt sich gut verarbeiten: Schmieden, Stanzen, Walzen, Ziehen, Pressen. Reines Aluminium ist ein ziemlich weiches Metall; Es wird verwendet, um elektrische Drähte, Bauteile, Lebensmittelfolien, Küchenutensilien und "Silber" -Farbe herzustellen. Dieses schöne und leichte Metall ist in der Bau- und Luftfahrttechnik weit verbreitet. Aluminium reflektiert das Licht sehr gut. Daher wird es zur Herstellung von Spiegeln verwendet - durch Metallabscheidung im Vakuum.

Im Flugzeug- und Maschinenbau, bei der Herstellung von Gebäudestrukturen, werden wesentlich härtere Aluminiumlegierungen verwendet. Eine der bekanntesten ist eine Legierung aus Aluminium mit Kupfer und Magnesium (Duralumin oder einfach „Duralumin“; der Name kommt von der deutschen Stadt Düren). Diese Legierung erhält nach dem Härten eine besondere Härte und wird etwa 7-mal stärker als reines Aluminium. Gleichzeitig ist es fast dreimal leichter als Eisen. Es wird durch Legieren von Aluminium mit geringen Zusätzen von Kupfer, Magnesium, Mangan, Silizium und Eisen gewonnen. Weit verbreitet sind Silumine – Gusslegierungen aus Aluminium mit Silizium. Es werden auch hochfeste, kryogene (frostbeständige) und hitzebeständige Legierungen hergestellt. Schutz- und dekorative Beschichtungen lassen sich leicht auf Produkte aus Aluminiumlegierungen auftragen. Die Leichtigkeit und Festigkeit von Aluminiumlegierungen kamen vor allem in der Luftfahrttechnik zum Tragen. Beispielsweise werden Hubschrauberpropeller aus einer Legierung aus Aluminium, Magnesium und Silizium hergestellt. Relativ günstige Aluminiumbronze (bis 11 % Al) hat hohe mechanische Eigenschaften, sie ist stabil in Meerwasser und sogar in verdünnter Salzsäure. Aus Aluminiumbronze wurden in der UdSSR von 1926 bis 1957 Münzen im Wert von 1, 2, 3 und 5 Kopeken geprägt.

Derzeit wird ein Viertel des gesamten Aluminiums für Bauzwecke verwendet, die gleiche Menge wird von der Verkehrstechnik verbraucht, etwa 17% werden für Verpackungsmaterialien und Dosen ausgegeben, 10% - in der Elektrotechnik.

Aluminium enthält auch viele brennbare und explosive Mischungen. Alumotol, eine gegossene Mischung aus Trinitrotoluol mit Aluminiumpulver, ist einer der stärksten Industriesprengstoffe. Ammonal ist ein explosiver Stoff, der aus Ammoniumnitrat, Trinitrotoluol und Aluminiumpulver besteht. Brandsätze enthalten Aluminium und ein Oxidationsmittel - Nitrat, Perchlorat. Pyrotechnische Zusammensetzungen "Zvezdochka" enthalten auch pulverisiertes Aluminium.

Eine Mischung aus Aluminiumpulver mit Metalloxiden (Thermite) wird verwendet, um bestimmte Metalle und Legierungen, zum Schweißen von Schienen, in Brandmunition zu erhalten.

Aluminium hat auch praktische Verwendung als Raketentreibstoff gefunden. Die vollständige Verbrennung von 1 kg Aluminium erfordert fast viermal weniger Sauerstoff als 1 kg Kerosin. Außerdem kann Aluminium nicht nur durch freien Sauerstoff oxidiert werden, sondern auch durch gebundenen Sauerstoff, der Bestandteil von Wasser oder Kohlendioxid ist. Bei der „Verbrennung“ von Aluminium in Wasser werden pro 1 kg Produkt 8800 kJ freigesetzt; das ist 1,8-mal weniger als beim Verbrennen des Metalls in reinem Sauerstoff, aber 1,3-mal mehr als beim Verbrennen an Luft. Das bedeutet, dass anstelle von gefährlichen und teuren Verbindungen reines Wasser als Oxidationsmittel für einen solchen Kraftstoff verwendet werden kann. Die Idee, Aluminium als Brennstoff zu verwenden, wurde bereits 1924 vom russischen Wissenschaftler und Erfinder F.A. Zander vorgeschlagen. Nach seinem Plan können Aluminiumelemente des Raumfahrzeugs als zusätzlicher Treibstoff verwendet werden. Dieses mutige Projekt wurde noch nicht praktisch umgesetzt, aber die meisten derzeit bekannten Feststoffraketentreibstoffe enthalten Aluminiummetall in Form eines fein verteilten Pulvers. Die Zugabe von 15 % Aluminium zum Kraftstoff kann die Temperatur der Verbrennungsprodukte um tausend Grad erhöhen (von 2200 auf 3200 K); Die Abgasrate von Verbrennungsprodukten aus der Triebwerksdüse steigt ebenfalls deutlich an - der Hauptenergieindikator, der die Effizienz von Raketentreibstoff bestimmt. In dieser Hinsicht können nur Lithium, Beryllium und Magnesium mit Aluminium konkurrieren, aber sie sind alle viel teurer als Aluminium.

Auch Aluminiumverbindungen sind weit verbreitet. Aluminiumoxid ist ein feuerfestes und abrasives (Schmirgel-) Material, ein Rohstoff für die Herstellung von Keramik. Auch Lasermaterialien, Uhrenlager, Schmucksteine ​​(künstliche Rubine) werden daraus hergestellt. Kalziniertes Aluminiumoxid ist ein Adsorptionsmittel zur Reinigung von Gasen und Flüssigkeiten und ein Katalysator für eine Reihe organischer Reaktionen. Wasserfreies Aluminiumchlorid ist ein Katalysator in der organischen Synthese (Friedel-Crafts-Reaktion), dem Ausgangsstoff zur Gewinnung von hochreinem Aluminium. Aluminiumsulfat wird zur Wasserreinigung verwendet; Reaktion mit dem darin enthaltenen Calciumbicarbonat:

Al 2 (SO 4) 3 + 3Ca (HCO 3) 2 ® 2AlO (OH) + 3CaSO 4 + 6CO 2 + 2H 2 O, es bildet Oxid-Hydroxid-Flocken, die sich an der darin befindlichen Oberfläche absetzen, einfangen und auch sorbieren Wasser suspendierte Verunreinigungen und sogar Mikroorganismen. Darüber hinaus wird Aluminiumsulfat als Beizmittel zum Färben von Stoffen, zum Gerben von Leder, zum Konservieren von Holz und zum Leimen von Papier verwendet. Calciumaluminat ist ein Bestandteil von Bindemitteln, einschließlich Portlandzement. Yttrium-Aluminium-Granat (YAG) YAlO 3 ist ein Lasermaterial. Aluminiumnitrid ist ein feuerfestes Material für Elektroöfen. Synthetische Zeolithe (sie gehören zu den Alumosilikaten) sind Adsorptionsmittel in der Chromatographie und Katalysatoren. Organoaluminiumverbindungen (z. B. Triethylaluminium) sind Bestandteile von Ziegler-Natta-Katalysatoren, die für die Synthese von Polymeren verwendet werden, einschließlich hochwertigem synthetischem Kautschuk.

Ilja Leenson

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