hliník vo svojej čistej forme bol prvýkrát izolovaný Friedrichom Wöhlerom. Nemecký chemik zahrieval bezvodý chlorid prvku s kovom draslíka. Stalo sa tak v druhej polovici 19. storočia. Pred 20. storočím kg hliníka stáť viac.

Nový kov si mohli dovoliť len boháči a štát. Dôvodom vysokých nákladov je náročnosť oddeľovania hliníka od iných látok. Spôsob extrakcie prvku v priemyselnom meradle navrhol Charles Hall.

V roku 1886 rozpustil oxid v tavenine kryolitu. Nemec zmes uzavrel do žulovej nádoby a napojil na ňu elektrický prúd. Na dne nádoby sa usadili plakety z čistého kovu.

Chemické a fyzikálne vlastnosti hliníka

Aký hliník? Strieborne biele, lesklé. Friedrich Wöhler preto porovnal kovové granule, ktoré dostal. Bolo tu však upozornenie - hliník je oveľa ľahší.

Plasticita je blízka vzácnemu a. hliník je látka, bez problémov natiahnutie do tenkého drôtu a plechov. Stačí privolať fóliu. Vyrába sa na základe 13. prvku.

Hliník je ľahký vďaka svojej nízkej hustote. Je to trikrát menej ako železo. Zároveň 13. prvok nie je v sile takmer horší.

Táto kombinácia urobila strieborný kov nenahraditeľným v priemysle, napríklad pri výrobe dielov pre automobily. Hovoríme o remeselnej výrobe, pretože zváranie hliníka možné aj doma.

hliníkový vzorec umožňuje aktívne odrážať svetlo, ale aj tepelné lúče. Elektrická vodivosť prvku je tiež vysoká. Hlavná vec je neprehriať ho. Roztopí sa pri 660 stupňoch. Zvýšte teplotu o niečo vyššie - bude horieť.

Len kov zmizne oxid hlinitý. Vytvára sa tiež za štandardných podmienok, ale len vo forme povrchového filmu. Chráni kov. Preto dobre odoláva korózii, pretože je zablokovaný prístup kyslíka.

Oxidový film tiež chráni kov pred vodou. Ak sa z povrchu hliníka odstráni plak, spustí sa reakcia s H 2 O. Plyny vodíka sa budú uvoľňovať aj pri izbovej teplote. takže, hliníková loď nepremení na dym len vďaka oxidovému filmu a ochrannému náteru nanesenému na trup lode.

Najaktívnejší interakcia hliníka s nekovmi. Reakcie s brómom a chlórom prebiehajú aj za normálnych podmienok. V dôsledku toho sa tvoria hliníkové soli. Vodíkové soli sa získavajú spojením 13. prvku s roztokmi kyselín. Reakcia bude prebiehať aj s alkáliami, ale až po odstránení oxidového filmu. Uvoľní sa čistý vodík.

Aplikácia hliníka

Kov je nastriekaný na zrkadlá. Dobrá odrazivosť svetla. Proces prebieha v podmienkach vákua. Vyrábajú nielen štandardné zrkadlá, ale aj predmety so zrkadlovým povrchom. Sú to: keramické dlaždice, domáce spotrebiče, svietidlá.

Duet hliník-meď- duralová základňa. Volá sa jednoducho dural. Ako bolo doplnené. Zloženie je 7x pevnejšie ako čistý hliník, preto je vhodné pre oblasť strojárstva a konštrukcie lietadiel.

Meď dáva 13. elementu silu, ale nie ťažkosť. Dural zostáva 3x ľahší ako železo. malý hmotnosť hliníka- zástava ľahkosti áut, lietadiel, lodí. To zjednodušuje prepravu, obsluhu, znižuje cenu produktov.

Kúpte si hliník výrobcovia áut sa snažia aj preto, že na jeho zliatiny sa ľahko nanášajú ochranné a dekoratívne zlúčeniny. Farba sa ukladá rýchlejšie a rovnomernejšie ako na oceľ, plast.

Zároveň sú zliatiny kujné, ľahko spracovateľné. To je cenné vzhľadom na množstvo zákrut a konštruktívnych prechodov na moderných modeloch áut.

13. prvok sa nielen ľahko farbí, ale môže pôsobiť aj ako samotné farbivo. Kupované v textilnom priemysle síran hlinitý. Hodí sa aj pri tlači, kde sú potrebné nerozpustné pigmenty.

To je zaujímavé Riešenie sulfát hliník používa sa aj na čistenie vody. V prítomnosti "činidla" sa škodlivé nečistoty vyzrážajú a neutralizujú.

Neutralizuje 13. prvok a kyseliny. V tejto úlohe je obzvlášť dobrý. hydroxid hlinitý. Je cenený vo farmakológii, medicíne, pridáva sa k liekom na pálenie záhy.

Hydroxid je tiež predpísaný pre vredy, zápalové procesy črevného traktu. Existuje teda aj liek z lekárne hliník. Kyselina v žalúdku - dôvod dozvedieť sa viac o takýchto liekoch.

V ZSSR sa razili aj bronzy s 11% prídavkom hliníka. Hodnota značiek je 1, 2 a 5 kopejok. Začali sa vyrábať v roku 1926 a skončili v roku 1957. Ale výroba hliníkových plechoviek na konzervované potraviny nebola zastavená.

Dusené mäso, saury a iné raňajky turistov sú stále balené v kontajneroch založených na 13. prvku. Takéto plechovky nereagujú s jedlom, pričom sú ľahké a lacné.

Hliníkový prach je súčasťou mnohých výbušných zmesí vrátane pyrotechniky. V priemysle sa používajú podvratné mechanizmy na báze trinitrotoluénu a drveného prvku 13. Silná výbušnina sa získava aj pridaním dusičnanu amónneho do hliníka.

Ropný priemysel potrebuje chlorid hlinitý. Zohráva úlohu katalyzátora pri rozklade organickej hmoty na frakcie. Ropa má schopnosť uvoľňovať plynné, ľahké uhľovodíky benzínového typu, ktoré interagujú s chloridom 13. kovu. Činidlo musí byť bezvodé. Po pridaní chloridu sa zmes zahreje na 280 stupňov Celzia.

V stavebníctve často miešam sodík a hliník. Ukazuje sa ako prísada do betónu. Hlinitan sodný urýchľuje jeho tvrdnutie urýchlením hydratácie.

Rýchlosť mikrokryštalizácie sa zvyšuje, čo znamená, že sa zvyšuje pevnosť a tvrdosť betónu. Okrem toho hlinitan sodný šetrí armatúry položené v roztoku pred koróziou.

Ťažba hliníka

Kov uzatvára prvú trojku najbežnejších na zemi. To vysvetľuje jeho dostupnosť a široké uplatnenie. Živel však príroda človeku nedáva v jeho čistej forme. Hliník sa musí izolovať z rôznych zlúčenín. Väčšina 13. prvku je v bauxitoch. Ide o horniny podobné ílu, sústredené najmä v tropickom pásme.

Bauxit sa rozdrví, potom vysuší, opäť rozdrví a melie v prítomnosti malého objemu vody. Ukáže sa hustá hmota. Ohrieva sa parou. Zároveň sa väčšina, z ktorej bauxit tiež nie je chudobná, vyparí. Oxid 13. kovu zostáva.

Umiestňuje sa do priemyselných kúpeľov. Obsahujú už roztavený kryolit. Teplota sa udržiava okolo 950 stupňov Celzia. Potrebujeme aj elektrický prúd s výkonom aspoň 400 kA. To znamená, že sa používa elektrolýza, rovnako ako pred 200 rokmi, keď prvok izoloval Charles Hall.

Prúd prechádzajúci horúcim roztokom prerušuje väzby medzi kovom a kyslíkom. Výsledkom je, že dno vaní zostáva čisté hliník. Reakcie hotový. Proces je ukončený odlievaním zo sedimentu a ich odoslaním spotrebiteľovi, prípadne ich použitím na výrobu rôznych zliatin.

Hlavná výroba hliníka sa nachádza na rovnakom mieste ako ložiská bauxitu. V popredí je Guinea. V jeho útrobách sa skrýva takmer 8 000 000 ton 13. prvku. Austrália je na 2. mieste s ukazovateľom 6 000 000. V Brazílii je hliníka už 2x menej. Svetové zásoby sa odhadujú na 29 000 000 ton.

cena hliníka

Za tonu hliníka si pýtajú takmer 1500 amerických dolárov. Toto sú údaje búrz farebných kovov k 20.1.2016. Náklady určujú najmä priemyselníci. Presnejšie povedané, cenu hliníka ovplyvňuje ich dopyt po surovinách. Ovplyvňuje požiadavky dodávateľov a náklady na elektrickú energiu, pretože výroba 13. prvku je energeticky náročná.

Ostatné ceny sú stanovené pre hliník. Ide do tavby. Cena je uvedená za kilogram, pričom záleží na povahe dodaného materiálu.

Takže za elektrický kov dávajú asi 70 rubľov. Pre potravinársky hliník môžete získať o 5-10 rubľov menej. Rovnako sa platí za motorový kov. Ak sa prenajíma zmiešaná odroda, jej cena je 50-55 rubľov za kilogram.

Najlacnejším druhom šrotu sú hliníkové hobliny. Za to dokáže získať iba 15-20 rubľov. Trochu viac sa dá za 13. element. Týka sa to nádob na nápoje, konzervovaných potravín.

Podceňované sú aj hliníkové radiátory. Cena za kilogram šrotu je asi 30 rubľov. Toto sú priemerné čísla. V rôznych regiónoch, na rôznych miestach je hliník akceptovaný drahšie alebo lacnejšie. Náklady na materiály často závisia od dodaných objemov.

Zlúčeniny hliníka sú človeku známe už od staroveku. Jedným z nich boli spojivá, medzi ktoré patrí alum hlinito-draselný КAl(SO4)2. Boli široko používané. Používali sa ako moridlo a ako uzáver krvi. Impregnácia dreva roztokom kamenca draselného ho urobila nehorľavým. Je známy zaujímavý historický fakt, ako Archelaos, veliteľ z Ríma počas vojny s Peržanmi, nariadil pomazať veže, ktoré slúžili ako obranné stavby, kamencom. Peržanom sa ich nikdy nepodarilo vypáliť.

Ďalšou zo zlúčenín hliníka boli prírodné íly, medzi ktoré patrí oxid hlinitý Al2O3.

Prvé pokusy získať hliník až v polovici XIX storočia. Pokus dánskeho vedca H. K. Oersteda bol úspešný. Na jeho získanie použil amalgamovaný draslík ako redukčné činidlo pre oxid hlinitý. Ale aký kov sa vtedy získal, nebolo možné zistiť. O niečo neskôr, o dva roky neskôr, získal hliník nemecký chemik Wehler, ktorý získal hliník zahrievaním bezvodého chloridu hlinitého s kovom draslíka. Dlhoročná práca nemeckého vedca nebola zbytočná. 20 rokov sa mu darilo pripravovať zrnitý kov. Ukázalo sa, že je to podobné striebru, ale bolo oveľa ľahšie ako to. Hliník bol veľmi drahý kov a až do začiatku 20. storočia bola jeho hodnota vyššia ako hodnota zlata. Preto sa hliník dlhé roky používa ako muzeálny exponát. Okolo roku 1807 sa Davy pokúsil vykonať elektrolýzu oxidu hlinitého, dostal kov, ktorý sa nazýval hliník (Alumium) alebo hliník (Aluminium), čo sa z latinčiny prekladá ako kamenec.

Získavanie hliníka z ílov zaujímalo nielen chemikov, ale aj priemyselníkov. Hliník bolo veľmi ťažké oddeliť od iných látok, čo prispelo k tomu, že bol drahší ako zlato. V roku 1886 chemik Ch.M. Hall navrhol metódu, ktorá umožnila získať kov vo veľkých množstvách. Pri výskume rozpustil oxid hlinitý v tavenine kryolitu AlF3 nNaF. Výsledná zmes sa umiestnila do žulovej nádoby a taveninou prechádzal konštantný elektrický prúd. Bol veľmi prekvapený, keď po nejakom čase našiel na dne nádoby plakety z čistého hliníka. Táto metóda je stále hlavnou metódou výroby hliníka v priemyselnom meradle. Výsledný kov bol dobrý na všetko, okrem pevnosti, ktorá bola potrebná pre priemysel. A tento problém je vyriešený. Nemecký chemik Alfred Wilm spájal hliník s inými kovmi: meďou, mangánom a horčíkom. Výsledkom bola zliatina, ktorá bola oveľa pevnejšia ako hliník.

§2. Ako získať

Spôsob výroby hliníka Oblasť techniky Vynález sa týka spôsobu výroby hliníka jeho elektrolytickou separáciou z vodných roztokov súčasne s vodíkom. Metóda využíva katódu z tekutého kovu, ako je gálium. Obsah hliníka v kove sa zvýši na 6 % hm., zliatina sa vyberie z elektrolyzéra, ochladí sa v rozsahu od 98 do 26 °C a hliník sa izoluje kryštalizáciou, čím sa získa primárny nasýtený tuhý roztok s obsahom hliníka. asi 80 % hmotn. Materský lúh-zliatina eutektickej kompozície sa vráti do elektrolýzy ako katódový kov a primárny tuhý roztok sa roztaví a podrobí rekryštalizácii pri teplotách pod 660 °C, pričom sa postupne oddelia sekundárne, terciárne atď. tuhých roztokov od tekutých až po výrobu hliníka technickej čistoty z nich. Alternatívne spôsoby výroby hliníka – karbotermický proces, Todtov proces, Kuwaharský proces, elektrolýza chloridov, redukcia hliníka sodíkom – nevykazovali výhody oproti Eru-Hallovej metóde. Prototypom tohto vynálezu je náš predchádzajúci rovnomenný návrh pod N. Získavanie hliníka z vodných roztokov súčasne s vodíkom, čo je podstatou tohto vynálezu, je mimoriadne lákavé, ale nedá sa zrealizovať kvôli procesom pasivácie. pevnej hliníkovej katódy s oxidovo-hydroxidovými filmami rôzneho zloženia. Naše pokusy implementovať proces v roztokoch alkalického hlinitanu, kyseliny sírovej, kyseliny chlorovodíkovej a kyseliny dusičnej boli rovnako neúspešné. V tomto ohľade navrhujeme získať hliník a vodík na tečúcej katóde z tekutého kovu, napríklad na katóde gália alebo na katóde pozostávajúcej zo zliatiny gália a hliníka. Môžu sa použiť aj iné zliatiny s nízkou teplotou topenia. katóda. Výsledkom je, že elektrolýza sa vykonáva jednoducho a na prvý pohľad jednoducho so zaručeným uvoľňovaním hliníka do katódovej zliatiny.

V priemysle sa hliník získava elektrolýzou Al2O3 v tavenine kryolitu Na3 pri teplote 950 st.

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

Hlavné reakcie procesov:

CaF2 + H2SO4 → 2HF + CaSO4 (15 h)

Si02 + 6HF ->H2SiF6 + 2H2

HF a H2SiF6 sú plynné produkty zachytené vo vode. Na desilikonizáciu výsledného roztoku sa do neho najskôr zavedie vypočítané množstvo sódy:

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

Málo rozpustný Na2SiF6 sa oddelí a zvyšný roztok kyseliny fluorovodíkovej sa neutralizuje nadbytkom sódy a hydroxidu hlinitého, čím sa získa kryolit:

12HF + 3Na2C03 + 2Al(OH)3 -> 2(3NaFAlF3) + 3C02 + 9H20 (15.c)

Rovnakým spôsobom je možné oddelene získať NaF a AlF3, ak sa odsilikonizovaný roztok kyseliny fluorovodíkovej neutralizuje vypočítaným množstvom Na2C03 alebo Al(OH)3.

Úvod.

Nikolaj Gavrilovič Černyševskij asi pred 100 rokmi povedal o hliníku, že tento kov je predurčený na veľkú budúcnosť, že hliník je kovom socializmu. Ukázalo sa, že je vizionár: v 20. storočí. prvok č.13 hliník sa stal základom mnohých konštrukčných materiálov. Prvok 3. periódy a IIIA-skupina periodickej sústavy. Elektrónový vzorec atómu 3S23p1 v oxidačnom stave je + III a 0.

Elektronegativitou (1,47) je to isté ako berýlium, vykazuje amfotérne (kyslé a zásadité) vlastnosti. V zlúčeninách môže byť v zložení katiónov a aniónov. V prírode je štvrtý najbežnejší prvok (prvý medzi kovmi) v chemicky viazanom stave. Je súčasťou mnohých hlinitokremičitanových minerálov, hornín (žuly, porfýry, bazalty, ruly, bridlice), rôznych ílov (biely íl je tzv. kaolín), bauxit a oxid hlinitý Al2O3.

Je zvláštne sledovať dynamiku výroby hliníka počas storočia a pol, ktoré uplynulo odvtedy, čo človek prvýkrát vzal do ruky kúsok svetlého striebristého kovu.

Za prvých 30 rokov, od roku 1825 do roku 1855, neexistujú presné údaje. Na výrobu hliníka neexistovali žiadne priemyselné metódy, v laboratóriách sa získaval prinajlepšom v kilogramoch, ale skôr v gramoch. Keď bol hliníkový ingot prvýkrát vystavený na svetovej výstave v Paríži v roku 1855, bol považovaný za vzácny klenot. A objavil sa na výstave, pretože práve v roku 1855 francúzsky chemik Henri Etienne Saint-Clair Deville vyvinul prvú priemyselnú metódu výroby hliníka, založenú na vytesnení prvku č. 13 kovovým sodíkom z dvojitého chloridu sodného a hliníka NaCl AlCl3.

Počas 36 rokov, od roku 1855 do roku 1890, sa metódou Saint-Clair Deville získalo 200 ton kovového hliníka.

V poslednom desaťročí 19. storočia (už novou metódou) sa vo svete získalo 28-tisíc ton hliníka.

V roku 1930 predstavovala svetová tavba tohto kovu 300 tisíc ton.

V roku 1975 len kapitalistické krajiny vyrobili asi 10 miliónov ton hliníka a tieto čísla nie sú najvyššie. Podľa American Engineering and Mining Journal sa produkcia hliníka v kapitalistických krajinách v roku 1975 v porovnaní s rokom 1974 znížila o 11 %, čiže o 1,4 milióna ton.

Rovnako markantné sú aj zmeny v cene hliníka. V roku 1825 stálo 1500-krát viac ako železo, dnes už len trojnásobok. Dnes je hliník drahší ako obyčajná uhlíková oceľ, ale lacnejší ako nehrdzavejúca oceľ. Ak vypočítame náklady na výrobky z hliníka a ocele, berúc do úvahy ich hmotnosť a relatívnu odolnosť voči korózii, ukazuje sa, že dnes je v mnohých prípadoch oveľa výhodnejšie použiť hliník ako oceľ.

Fyzikálne vlastnosti Al

Strieborno-biely, lesklý, tvárny kov. Na vzduchu je pokrytý matným ochranným filmom Al2O3, ktorý je veľmi stabilný a chráni kov pred koróziou; pasivovaný v koncentrovanej HNO3.

Fyzikálne konštanty:

M, = 26,982 » 27, p = 2,70 g/cm3

t.t. 660,37 °C, t.t. = 2500 °C

Chemické vlastnosti A l

Chemicky aktívny, vykazuje amfotérne vlastnosti - reaguje s kyselinami a zásadami:

2Al + 6HCl = 2AlCl3 + ZH2

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

2Al + 6NaOH(t) = 2NaAl02+ + 3H2 + 2Na2O

Amalgamovaný hliník prudko reaguje s vodou:

2Al + 6H2O = 2Al(OH)3¯ + 3H2 + 836 kJ

Silné redukčné činidlo pri zahrievaní interaguje s kyslíkom, sírou, dusíkom a uhlíkom:

4Al+302=2Al203, 2Al+3S=Al2S3

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

S chlórom, brómom a jódom prebieha reakcia pri izbovej teplote (jód vyžaduje katalyzátor - kvapku H2O), vznikajú halogenidy AlCl3, AlBr3 a AlI3.

Priemyselne dôležitá metóda aluminotermia:

2Al + Cr2O3 = Al2O3 + 2Cr

10Al + ZV2O5 = 5Al2O3 + 6V

Hliník redukuje Nv na N-III:

8Al + 30HNO3 (vysoko zriedený) \u003d 8Al (NO3) 3 + 3NH4NO3 + 9H2O

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

(hybnou silou týchto reakcií je prechodné uvoľňovanie atómového vodíka H° a v druhej reakcii tvorba stabilného hydroxokomplexu [Al (OH) 4] 3-).

Získavanie a používanie Al

Získavanie Al v priemysle - elektrolýza Al2O3 v tavenine kryolit Na3[AlF6] pri 950 °C:

Používa sa ako činidlo pri aluminotermii na získavanie vzácnych kovov a zváranie oceľových konštrukcií.

Hliník je najdôležitejším konštrukčným materiálom, základom ľahkých zliatin odolných voči korózii (s horčíkom - dural, alebo dural, s meď -- hliníkový bronz, z ktorého sa razí malá zmena). Čistý hliník vo veľkých množstvách ide na výrobu riadu a elektrických drôtov.

Oxid hlinitý Al 2 O 3

Biely amorfný prášok alebo veľmi tvrdé biele kryštály. Fyzikálne konštanty:

Mr = 101,96»102, p = 3,97 g/cm3 teplota topenia = 2053 °С, teplota varu = 3000 °С

Kryštalický Al2O3 je chemicky pasívny, amorfný je aktívnejší. Pomaly reaguje s kyselinami a zásadami v roztoku, pričom vykazuje amfotérne vlastnosti:

Al203 + 6HCl (konc.) = 2AlCl3 + 3H20

Al203 + 2NaOH (konc.) + 3H20 = 2Na

(V alkalickej tavenine vzniká NaAlO2). Druhá reakcia sa používa na „otváranie“ bauxitov.

Okrem suroviny na výrobu hliníka slúži Al2O3 vo forme prášku ako zložka žiaruvzdorných, chemicky odolných a abrazívnych materiálov. Vo forme kryštálov sa používa na výrobu laserov a syntetických drahokamov (rubíny, zafíry atď.), farbených prímesami iných oxidov kovov - Cr2O3 (červený), Ti2O3 a Fe2O3 (modrý).

Hydroxid hlinitý Al(OH)3

Biela amorfná (gélová) alebo kryštalická. Prakticky nerozpustný vo vode. Fyzikálne konštanty:

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

t rozklad > 170 °С

Pri zahrievaní sa postupne rozkladá a vytvára medziprodukt - metahydroxid AlO(OH):

Vykazuje amfotérne, rovnako výrazné kyslé a zásadité vlastnosti:

Pri fúzii s NaOH sa vytvorí NaAlO.

Pre prijímanie precipitát Al (OH) 3 alkálie sa zvyčajne nepoužíva (kvôli ľahkému prechodu zrazeniny do roztoku), ale soli hliníka sa nechajú pôsobiť hydrátom amoniaku;

Al (OH) 3 vzniká pri izbovej teplote a menej aktívny AlO (OH) sa tvorí počas varu:

Pohodlný spôsob, ako získať Al(OH)3, je prejsť CO2 cez roztok hydroxokomplexu:

[Al(OH)4]- + CO2 = Al(OH)3¯+ HCO3-

Používa sa na syntézu hliníkových solí, organických farbív; ako liek na prekyslenie žalúdočnej šťavy.

hliníkové soli

Soli hliníka a silné kyseliny sú vysoko rozpustné vo vode a do značnej miery podliehajú katiónovej hydrolýze, čím sa vytvára silne kyslé prostredie, v ktorom sa rozpúšťajú kovy ako horčík a zinok:

a) AlCl3 \u003d Alz ++ ZCl-

Al3++H20ÛAlOH2++H+

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

Fluorid AlF3 a ortofosforečnan AlPO4 sú vo vode nerozpustné a soli veľmi slabých kyselín, napríklad H2CO3, sa zrážaním z vodného roztoku vôbec netvoria.

Podvojné soli hliníka sú známe - kamenec zloženie MIAl(SO4)2 12H2O (MI=Na+, K+, Rb+, Cs+, TI+, NH4+), najčastejšie z nich kamenec draselný KAl(S04)2 12H20.

Binárne zlúčeniny hliníka

Zlúčeniny s prevažne kovalentnými väzbami, ako je sulfid AlS3 a karbid AlC3.

Úplne rozložené vodou:

Al2S3 + 6Н2О = 2Al(OH)3¯ + ЗН2S

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

Tieto zlúčeniny sa používajú ako zdroje čistých plynov - H2S a CH4.

Záujem, záujem...

8,80 % hmoty zemskej kôry tvorí hliník – tretí najbežnejší prvok na našej planéte. Svetová produkcia hliníka neustále rastie. Teraz sú to asi 2 % produkcie ocele, ak sa počíta podľa hmotnosti. A ak podľa objemu, potom 5 ... 6%, pretože hliník je takmer trikrát ľahší ako oceľ. Hliník suverénne vytlačil meď a všetky ostatné farebné kovy na tretie a ďalšie miesta a stal sa tak druhým najdôležitejším kovom prebiehajúcej doby železnej. Podľa prognóz by do konca tohto storočia mal podiel hliníka na celkovej produkcii kovov dosiahnuť 4 ... 5 % hmotnosti.

Existuje na to veľa dôvodov, hlavnými sú rozšírenosť hliníka na jednej strane a vynikajúci súbor vlastností - ľahkosť, ťažnosť, odolnosť proti korózii, elektrická vodivosť, všestrannosť v plnom zmysle slova - na strane druhej. .

Hliník sa do technológie dostal neskoro, pretože v prírodných zlúčeninách je pevne viazaný s inými prvkami, predovšetkým s kyslíkom a cez kyslík s kremíkom, a na zničenie týchto zlúčenín a uvoľnenie ľahkého striebristého kovu je potrebné veľa úsilia a energie.

Prvý kovový hliník v roku 1825 získal slávny dánsky fyzik Hans Christian Oersted, známy predovšetkým svojou prácou o elektromagnetizme. Oersted prechádzal chlórom cez horúcu zmes oxidu hlinitého (oxid hlinitý Al2O3) s uhlím a výsledný bezvodý chlorid hlinitý sa zahrieval s amalgámom draselným. Potom, ako to urobil Davy, ktorému sa mimochodom nepodarilo získať hliník elektrolýzou oxidu hlinitého, sa amalgám zahrievaním rozložil, ortuť sa odparila a zrodil sa hliník.

V roku 1827 získal Friedrich Wöhler hliník iným spôsobom, keď ho nahradil z rovnakého chloridu kovom draslíka. Prvý priemyselný spôsob výroby hliníka, ako už bolo spomenuté, bol vyvinutý až v roku 1855 a hliník sa stal technicky dôležitým kovom až na prelome 19. ... 20. storočia. prečo?

Je samozrejmé, že nie každú prírodnú zlúčeninu hliníka možno považovať za hliníkovú rudu. V polovici a dokonca aj na konci XIX storočia. v ruskej chemickej literatúre sa hliník často nazýval hlina, jeho oxid sa dodnes nazýva oxid hlinitý. V týchto termínoch - priama indikácia prítomnosti prvku č.13 vo všadeprítomnej hline. Ale hlina je pomerne zložitý konglomerát troch oxidov - oxidu hlinitého, oxidu kremičitého a vody (plus rôzne prísady); možno z neho získavať oxid hlinitý, ale je to oveľa náročnejšie ako získať rovnaký oxid hlinitý z celkom bežnej, zvyčajne červenohnedej horniny, ktorá dostala svoj názov podľa oblasti Les Baux v južnom Francúzsku.

Táto hornina - bauxit obsahuje od 28 do 60% Al2O3. Jeho hlavnou výhodou je, že obsahuje najmenej dvakrát toľko oxidu hlinitého ako oxid kremičitý. A oxid kremičitý je v tomto prípade najškodlivejšia nečistota, zbaviť sa jej je najťažšie. Okrem týchto oxidov obsahuje bauxit vždy oxid železa Fe2O3, obsahuje aj oxidy titánu, fosforu, mangánu, vápnika a horčíka.

Počas druhej svetovej vojny, keď mnohé bojujúce krajiny nemali dostatok hliníka získaného z bauxitu, sa v prípade potreby používali iné druhy surovín: Taliansko dostalo hliník z lávy Vezuvu, USA a Nemecko - z kaolínových ílov, Japonsko - z bridlíc a alunitu. Ale tento hliník stál v priemere päťkrát viac ako bauxitový hliník a po vojne, keď boli objavené obrovské zásoby tejto horniny v Afrike, Južnej Amerike a neskôr v Austrálii, sa hliníkový priemysel na celom svete vrátil k tradičným bauxitovým surovinám.

V Sovietskom zväze existujú továrensky overené metódy výroby hliníka na báze nefelinosyenitu a nefelineapatitových hornín. V Azerbajdžanskej SSR sa priemyselný vývoj alunitu ako komplexnej suroviny vrátane hliníka začal už dávno. Príroda nás ale nepripravila o najlepšiu hliníkovú surovinu – bauxit. Máme regióny so severným Uralom a Turgai (nachádza sa v Kazachstane) s bauxitmi: bauxity sú v západnej a východnej Sibíri, na severozápade európskej časti krajiny. Na základe ložiska bauxitu Tikhvin a energie vodnej elektrárne Volkhovskaya začala v roku 1932 svoju činnosť prvorodený domáci hlinikársky priemysel, hlinikáreň Volkhov. Lacná elektrina z obrovských sibírskych vodných elektrární a štátnych okresných elektrární sa stala dôležitou „zložkou“ rýchlo sa rozvíjajúceho hliníkárskeho priemyslu na Sibíri.

Nie náhodou sme sa začali baviť o energii. Výroba hliníka je energeticky náročná. Čistý oxid hlinitý sa topí pri teplote 2050°C a nerozpúšťa sa vo vode a na získanie hliníka je potrebné ho podrobiť elektrolýze. Bolo potrebné nájsť spôsob, ako nejakým spôsobom znížiť teplotu topenia oxidu hlinitého aspoň na 1000 °C; len za tejto podmienky sa hliník mohol stať technicky dôležitým kovom. Tento problém bravúrne vyriešil mladý americký vedec Charles Martin Hall a takmer súčasne s ním Francúz Paul Héroux. Zistili, že oxid hlinitý sa dobre rozpúšťa v kryolite 3NaF · AlF3. Tento roztok je podrobený elektrolýze v súčasných hlinikárňach pri teplote 950°C.

Elektrolýzny prístroj je železný kúpeľ vyložený žiaruvzdornými tehlami s uhoľnými blokmi, ktoré fungujú ako katódy. Uvoľňuje sa na nich roztavený hliník a na anódach sa uvoľňuje kyslík, ktorý reaguje s materiálom anódy (zvyčajne uhlím). Kúpele fungujú pri nízkom napätí - 4,0 ... 4,5 V, ale pri vysokom prúde - až 150 tisíc A.

Podľa amerických údajov sa za posledné tri desaťročia spotreba energie pri tavení hliníka znížila o jednu tretinu, no stále zostáva táto výroba energeticky dosť náročná.

Aký je

Z elektrolytických kúpeľov sa hliník zvyčajne odstraňuje pomocou vákuovej naberačky a po prepláchnutí chlórom (na odstránenie najmä nekovových nečistôt) sa naleje do foriem. V posledných rokoch sa hliníkové ingoty čoraz viac odlievajú kontinuálnym spôsobom. Ukazuje sa technicky čistý hliník, v ktorom je základný kov 99,7% (hlavné nečistoty: sodík, železo, kremík, vodík). Práve tento hliník ide do väčšiny priemyselných odvetví. Ak je potrebný čistejší kov, hliník sa rafinuje tak či onak. Elektrolytická rafinácia organickými elektrolytmi umožňuje získať hliník s čistotou 99,999 %. Ešte čistejší hliník pre potreby polovodičového priemyslu sa získava zónovým tavením alebo destiláciou cez subfluorid.

Zdá sa, že to posledné potrebuje vysvetlenie. Hliník, ktorý sa má čistiť, sa zahrieva vo vákuu na 1000 °C v prítomnosti AlF3. Táto soľ sublimuje bez topenia. Interakcia hliníka s fluoridom hlinitým vedie k vzniku subfluoridu AlF, nestabilnej látky, v ktorej je hliník formálne jednomocný. Pri teplotách pod 800°C sa subfluorid opäť rozkladá na fluorid a čistý hliník, zdôrazňujeme, čistý, pretože nečistoty v dôsledku tejto poruchy prechádzajú do zloženia fluoridu.

Zvyšovanie čistoty kovu ovplyvňuje jeho vlastnosti. Čím je hliník čistejší, tým je ľahší, aj keď nie oveľa, tým vyššia je jeho tepelná a elektrická vodivosť, odrazivosť a ťažnosť. Citeľný je najmä nárast chemickej odolnosti. To sa vysvetľuje väčšou kontinuitou ochranného oxidového filmu, ktorý na vzduchu pokrýva ultračistý aj obyčajný technický hliník.

Všetky vymenované výhody ultračistého hliníka sú však do istej miery charakteristické aj pre obyčajný hliník. Hliník je ľahký - každý to vie, jeho hustota je 2,7 g / cm3 - takmer 3-krát menšia ako hustota ocele a 3,3-krát menšia ako hustota medi. A elektrická vodivosť hliníka je len o tretinu nižšia ako elektrická vodivosť medi. Tieto okolnosti a fakt, že hliník sa stal oveľa lacnejším ako meď (dnes - asi 2,5-krát) spôsobili masívne používanie hliníka v drôtoch a vôbec v elektrotechnike.

Vysoká tepelná vodivosť v kombinácii s viac ako uspokojivou chemickou odolnosťou urobila z hliníka perspektívny materiál pre výmenníky tepla a ďalšie zariadenia v chemickom priemysle, domáce chladničky, chladiče automobilov a traktorov. Vysoká odrazivosť hliníka sa ukázala ako veľmi užitočná pri výrobe výkonných reflektorov, veľkých televíznych obrazoviek a zrkadiel na jej základe. Malý záchyt neutrónov urobil z hliníka jeden z najdôležitejších kovov v jadrovej technológii.

Všetky tieto početné výhody hliníka sa stávajú ešte významnejšími, pretože tento kov je vysoko technologický. Dokonale sa spracováva tlakom - valcovaním, lisovaním, razením, kovaním. Táto užitočná vlastnosť je založená na kryštálovej štruktúre hliníka. Jeho kryštálovú mriežku tvoria kocky so centrovanými plochami; vzdialenosť medzi rovnobežnými rovinami 4,04 Ǻ. Takto skonštruované kovy väčšinou dobre prijímajú plastickú deformáciu. Výnimkou nie je ani hliník.

Hliník je však slabý. Pevnosť v ťahu čistého hliníka je len 6...8 kg/mm3 a nebyť jeho schopnosti vytvárať oveľa pevnejšie zliatiny, hliník by sa sotva stal jedným z najdôležitejších kovov 20. storočia.

O výhodách fáz starnutia a posilňovania

„Hliník veľmi ľahko tvorí zliatiny s rôznymi kovmi. Z nich má technické uplatnenie iba zliatina s meďou. Nazýva sa to hliníkový bronz ... “

Tieto slová z Mendelejevových Základov chémie odrážajú skutočný stav vecí, ktorý existoval v prvých rokoch nášho storočia. Práve vtedy vyšlo posledné doživotné vydanie slávnej knihy s najnovšími autorovými opravami. Z prvých hliníkových zliatin (úplne prvou z nich bola zliatina s kremíkom, získaná ešte v 50-tych rokoch minulého storočia) našla praktické uplatnenie iba zliatina, ktorú spomínal Mendelejev. Hliníka v ňom však bolo len 11 % a z tejto zliatiny sa vyrábali najmä lyžice a vidličky. Do hodinárskeho priemyslu išlo veľmi málo hliníkového bronzu.

Medzitým, na začiatku XX storočia. boli získané prvé zliatiny rodiny duralu. Tieto zliatiny na báze hliníka s prídavkami medi a horčíka boli získané a študované v rokoch 1903-1911. slávny nemecký vedec A. Wilm. Objavil prirodzený jav starnutia charakteristický pre tieto zliatiny, ktorý vedie k prudkému zlepšeniu ich pevnostných vlastností.

V durale sa po vytvrdnutí - náhlom ochladení z 500 ° C na izbovú teplotu a udržiavaní pri tejto teplote počas 4 ... 5 dní - mnohonásobne zvyšuje pevnosť a tvrdosť. Zároveň sa neznižuje schopnosť deformácie a pevnosť v ťahu sa zvyšuje z 6...8 na 36...38 kg/mm2. Tento objav mal najväčší význam pre rozvoj hliníkového priemyslu.

A hneď sa začalo diskutovať o mechanizme prirodzeného starnutia zliatin, o tom, prečo dochádza k vytvrdzovaniu. Bolo navrhnuté, že počas starnutia tvrdeného duralu z matrice - presýteného roztoku medi v hliníku - sa vyzrážajú najmenšie kryštály zloženia CuAl2 a táto fáza spevňovania vedie k zvýšeniu pevnosti a tvrdosti zliatiny ako celý.

Toto vysvetlenie vyzeralo celkom uspokojivo, no po jeho objavení sa vášne rozhoreli ešte viac, pretože častice zloženia CuAl2 na leštených duralových platniach sa nikomu nepodarilo preskúmať optickým mikroskopom. A realita ich existencie v prirodzene starnutej zliatine začala byť spochybňovaná. Bolo to opodstatnené o to viac, že ​​uvoľňovaním medi z matrice sa mal znížiť jej elektrický odpor, no medzitým sa prirodzeným starnutím duralu zväčšil a to priamo naznačovalo, že meď zostáva v tuhom roztoku.

Situáciu objasnila až röntgenová difrakčná analýza. V poslednej dobe sa vďaka výkonným elektrónovým mikroskopom, ktoré umožňujú pozerať sa cez tenké kovové filmy, stal obraz jasný. Pravda sa ukázala byť niekde uprostred. Meď sa neoddeľuje od tuhého roztoku a nezostáva v ňom v rovnakom stave. V procese starnutia sa hromadí v diskovitých oblastiach s hrúbkou 1 až 3 atómové vrstvy a priemerom asi 90 Å, ktoré tvoria takzvané Guinier-Prestonove zóny. Majú zdeformovanú kryštálovú štruktúru tuhého roztoku; oblasť samotného tuhého roztoku susediaca so zónou je tiež zdeformovaná.

Počet takýchto útvarov je obrovský - vyjadruje sa ako jednotka so 16 ... 18 nulami na 1 cm zliatiny. Zmeny a deformácie kryštálovej mriežky pri tvorbe Guinier-Prestonových zón (zónové starnutie) sú dôvodom zvýšenia pevnosti duralu pri prirodzenom starnutí. Rovnaké zmeny zvyšujú elektrický odpor zliatiny. So zvyšujúcou sa teplotou starnutia sa namiesto zón so štruktúrou blízku hliníku objavujú najmenšie častice metastabilných fáz s vlastnou kryštálovou mriežkou (umelé, presnejšie fázové starnutie). Táto ďalšia zmena štruktúry vedie k prudkému zvýšeniu odolnosti voči malým plastickým deformáciám.

Bez preháňania sa dá povedať, že krídla lietadla sú držané vo vzduchu zónami alebo metastabilnými časticami a ak sa v dôsledku zahrievania namiesto zón a častíc objavia stabilné zrazeniny, krídla stratia svoju pevnosť a jednoducho sa ohnú.

V Sovietskom zväze v 20. rokoch 20. storočia hutnícky inžinier V.A. Butalov vyvinul domácu verziu duralu, nazývanú reťazový hliník. Slovo „duralumin“ pochádza z názvu nemeckého mesta Düren, v ktorom sa začala priemyselná výroba tejto zliatiny. A reťazový hliník bol vyrobený v dedine (teraz mesto) Kolchugino, v regióne Vladimir. Prvé sovietske kovové lietadlo ANT-2 navrhnuté A.N. bolo vyrobené z reťaze-hliníka. Tupolev.

Takéto zliatiny sú stále dôležité pre technológiu. Zo zliatiny D1 sa vyrábajú najmä listy leteckých vrtúľ. Počas vojny, keď piloti museli často pristávať na náhodných plošinách alebo bez uvoľnenia podvozku na „brucho“, sa veľakrát stalo, že pri dopade na zem sa ohli listy vrtule. Ohnuté, ale nezlomené! Priamo v teréne sa narovnali a opäť leteli s tou istou vrtuľou... Iná zliatina rovnakej duralovej rodiny - D16 sa v leteckom priemysle používa inak - sú z nej vyrobené spodné krídlové panely.

Zásadne nové zliatiny sa objavujú, keď sú objavené nové fázy spevňovania. Výskumníci ich hľadali, hľadali a hľadať budú. Fázy sú v podstate chemické zlúčeniny-intermetalické zlúčeniny, ktoré vznikajú v zliatine a výrazne ovplyvňujú jej vlastnosti. Rôzne fázy rôznymi spôsobmi zvyšujú pevnosť, odolnosť proti korózii a ďalšie prakticky dôležité vlastnosti zliatiny. Od Wilmovho objavu sa ich však našlo veľmi málo – menej ako tucet. Ich tvorba je možná len za podmienky rozpustnosti príslušných prvkov v hliníku. Je zrejmé, že každá z posilňujúcich fáz si zaslúži pomerne podrobný príbeh.

Už bolo spomenuté, že prvou zliatinou hliníka bola jeho zliatina s kremíkom, sused v periodickej tabuľke. Ale vlastnosti tejto zliatiny boli neuspokojivé, a preto sa dlho verilo, že pridávanie kremíka do hliníka je škodlivé. Ale už začiatkom 20-tych rokov nášho storočia bolo pevne stanovené, že zliatiny systému Al - Mg - Si (fáza Mg2Si) majú podobne ako duraly efekt vytvrdzovania počas starnutia. Pevnosť v ťahu takýchto zliatin je od 12 do 36 kg / mm2 v závislosti od obsahu kremíka a horčíka a od prídavku medi a mangánu.

Tieto zliatiny sú široko používané pri stavbe lodí, ako aj v modernej konštrukcii. Zaujímavý detail: dnes sa v niektorých krajinách (napríklad v USA) minie na stavbu viac hliníka ako na všetky druhy dopravy dohromady: lietadlá, lode, železničné vagóny, autá. V našej krajine boli hliníkové zliatiny široko používané pri stavbe Paláca priekopníkov na Leninských vrchoch a budovy Výboru pre normy ZSSR na Leninskom prospekte v Moskve, Športového paláca v Kyjeve a mnohých ďalších moderných budov. Tisíce montovaných hliníkových domov úspešne „fungujú“ v Arktíde a v horských oblastiach, kde sa v blízkosti nenachádzajú žiadne miestne stavebné materiály alebo výstavba je plná obrovských ťažkostí. Hliníkové (väčšinou) domy sú do takýchto miest dodávané hliníkovými (väčšinou) lietadlami a vrtuľníkmi.

Mimochodom, o vrtuľníkoch. Listy ich vrtúľ sú celosvetovo vyrábané zo zliatin systému Al - Mg - Si, pretože tieto zliatiny majú veľmi vysokú odolnosť proti korózii a dobre odolávajú vibráciám. Práve táto vlastnosť je pre pilotov vrtuľníkov a ich pasažierov prvoradá. Najmenšie korózne defekty môžu výrazne urýchliť vznik únavových trhlín. Pre pokoj cestujúcich poznamenávame, že v skutočnosti sa únavové trhliny vyvíjajú pomerne pomaly a všetky vrtuľníky sú vybavené zariadeniami, ktoré dávajú pilotovi signál o výskyte prvej malej trhliny. A potom sa čepele vymenia, napriek tomu, že by mohli pracovať ďalšie stovky hodín.

Vplyv starnutia je vlastný aj zliatinám systému Al – Zn – Mg. Tento systém sa okamžite ukázal ako dvojnásobný rekordman: rekordman v sile - ešte v 20. rokoch zliatiny hliníka, zinku a horčíka s pevnosťou 55 ... ternárne zliatiny praskali, alebo sa dokonca rozpadli pod vplyvom atmosférickej korózie, aj v procese starnutia priamo na továrenskom dvore.

Po desaťročia výskumníci z rôznych krajín hľadali príležitosť na zlepšenie odolnosti takýchto zliatin proti korózii. Nakoniec sa už v 50. rokoch objavili vysokopevnostné hliníkové zliatiny so zinkom a horčíkom, ktoré mali vyhovujúcu odolnosť proti korózii. Medzi nimi sú domáce zliatiny B95 a B96. V týchto zliatinách sú okrem troch hlavných zložiek aj meď, chróm, mangán, zirkónium. Pri takejto kombinácii chemických prvkov sa výrazne mení charakter rozkladu presýteného tuhého roztoku, preto sa zvyšuje korózna odolnosť zliatiny.

Keď však letecký konštruktér O.K. Antonov začal vytvárať obrie lietadlo "Antey" a pre výkonový rám "Antey" boli potrebné veľké výkovky a výlisky, rovnaká pevnosť vo všetkých smeroch, zliatiny B95 a B96 sa nezmestili. V zliatine pre Antey museli byť malé prísady mangánu, zirkónu a chrómu nahradené železom. Takto sa objavila slávna zliatina B93.

V poslednom desaťročí vznikli nové požiadavky. Pre takzvané širokotrupé lietadlá blízkej budúcnosti, určené pre 300 ... 500 cestujúcich a 30 ... 50 tisíc letových hodín, sa zvyšujú hlavné kritériá - spoľahlivosť a životnosť. Široko-trupé lietadlá a airbusy budú pozostávať zo 70...80 % z hliníkových zliatin, ktoré vyžadujú veľmi vysokú pevnosť a veľmi vysokú odolnosť proti korózii. Prečo je sila pochopiteľná, prečo je chemická odolnosť v menšej miere, aj keď vyššie uvedený príklad s čepeľami vrtuľníka je zjavne celkom jasný ...

Vznikol koncept bezpečne poškodených konštrukcií, ktorý hovorí: ak sa v konštrukcii objaví trhlina, mala by sa vyvíjať pomaly, a aj keď dosiahne značnú veľkosť, ktorá sa dá ľahko zistiť, táto trhlina by v žiadnom prípade nemala spôsobiť deštrukciu štruktúru ako celok. To znamená, že vysokopevnostné hliníkové zliatiny pre takéto lietadlá musia mať vysokú lomovú húževnatosť, vysokú zvyškovú pevnosť v prítomnosti trhliny, a to je možné len pri vysokej odolnosti proti korózii.

Všetky tieto vlastnosti sú dokonale kombinované vo vysoko čistých hliníkových zliatinách: železných nečistôt - desatiny percenta, kremíka - stotiny a sodíka, mikroaditív, ktoré výrazne zlepšujú vlastnosti zliatin hliníka a kremíka, by malo byť len niekoľko. desaťtisíciny percenta. A základom takýchto zliatin je systém Al - Zn - Mg - Cu. Starnutie týchto zliatin sa uskutočňuje tak, že častice vytvrdzovania sú o niečo väčšie ako zvyčajne (koagulačné starnutie). Je pravda, že v tomto prípade sa trochu stráca sila a niektoré časti musia byť vyrobené s hrubšími stenami, ale stále je to nevyhnutná cena za zdroje a spoľahlivosť. Je iróniou, že hliníkové zliatiny so zinkom a horčíkom, kedysi najodolnejšie voči korózii, sa veda zmenila na akýsi štandard odolnosti proti korózii. Dôvodom tejto zázračnej premeny je pridanie medi a racionálne režimy starnutia.

Ďalší príklad zlepšenia dlho známych systémov a zliatin. Ak je obsah horčíka v klasickom durale výrazne obmedzený (na stotiny percenta), ale mangán je zachovaný a koncentrácia medi zvýšená, potom zliatina získava schopnosť dobre sa zvárať tavením. Konštrukcie vyrobené z takýchto zliatin dobre fungujú v teplotnom rozsahu od absolútnej nuly do +150...200°C.

V súčasnosti musia niektoré technické výrobky striedavo vnímať buď mierne teplo, alebo mierny chlad. Nie je náhoda, že z takýchto zliatin boli vyrobené nádrže s tekutým vodíkom a tekutým kyslíkom na amerických raketách Saturn, ktoré dopravili posádky kozmickej lode Apollo na Mesiac.

Pri riešení pozemských problémov dopravy a skladovania skvapalneného plynu s trojzložkovými zliatinami Al - Cu - Mn celkom úspešne konkurujú veľmi ľahké dvojzložkové zliatiny hliníka s horčíkom - magnáliom. Magnalia nie sú tvrdené tepelnou úpravou. V závislosti od technológie výroby a obsahu horčíka sa ich pevnosť pohybuje od 8 do 38 kg/mm2. Pri teplote kvapalného vodíka sú krehké, ale celkom úspešne fungujú v kvapalnom kyslíku a skvapalnených horľavých plynoch. Oblasti ich použitia sú veľmi široké. Najmä sa osvedčili pri stavbe lodí: trupy krídlových lodí - Rocket a Meteors - sú vyrobené z magnália. Používajú sa aj pri konštrukciách niektorých rakiet.

Za zmienku stojí najmä možnosť použitia nízkolegovaných magnálov na balenie potravín. Plechové plechovky, obaly na syr, fólia na dusenie mäsa, plechovky od piva, uzávery fliaš na mliečne výrobky – to nie je úplný zoznam aplikácií týchto zliatin súvisiacich s potravinami. Čoskoro sa u nás budú hliníkové plechovky vyrábať v miliardách kusov a potom sa definícia Alexandra Evgenievicha Fersmana – „plechovka“ – presunie od plechu k hliníku. Ale späť k fázam posilňovania.

V roku 1965 skupina sovietskych vedcov objavila vplyv vytvrdzovania počas starnutia v zliatinách systému Al-Li-Mg. Tieto zliatiny, najmä zliatina 01420, majú rovnakú pevnosť ako dural, sú však o 12 % ľahšie a majú vyšší modul pružnosti. V konštrukciách lietadiel to umožňuje získať 12–14% prírastok hmotnosti. Okrem toho je zliatina 01420 dobre zváraná a má vysokú odolnosť proti korózii. O zliatiny tohto systému a dnes celý svet prejavujú zvýšený záujem.

Rýchle ochladzovanie vytvára kryštály

Pred získaním ingotov alebo tvarových odliatkov z hliníkovej zliatiny je potrebné kov očistiť od plynov a pevných nekovových inklúzií. Z plynov v tekutom hliníku je rozpustený hlavne vodík. Čím vyššia je teplota taveniny, tým viac je. Počas chladnutia a kryštalizácie nestihne vyniknúť a zostáva v kove vo forme drobných, niekedy aj dosť veľkých pórov. Vodík prináša veľa problémov: dutiny v tvarových odliatkoch, bubliny v plechoch a profiloch, póry pri tavnom zváraní. A iba v jednom prípade sa vodík ukázal ako veľmi užitočný - hovoríme o takzvanej hliníkovej pene, ktorá pripomína dobrý holandský syr (len v takom kove je oveľa viac pórov a neprepúšťa „ roztrhnúť"). Špecifickú hmotnosť hliníkovej peny je možné zvýšiť na 0,3...0,5 g/cm3. Póry v ňom sú uzavreté a kov voľne pláva vo vode. Má mimoriadne nízku tepelnú a zvukovú vodivosť, je rezaná a spájkovaná. Aby sa získal rekordný počet dutín, tekutý hliník podľa „receptu“ profesora M.B. Altmana, prehrejte a potom do nej vložte hydrid zirkónia alebo titánu, ktorý sa okamžite rozkladá a uvoľňuje vodík. Okamžite sa kov, ktorý vrie s veľkým počtom bublín, rýchlo naleje do foriem.

Ale vo všetkých ostatných prípadoch sa snažia zbaviť vodíka. Najlepšie to urobíte prefúknutím taveniny chlórom. Bublinky chlóru, ktoré sa pohybujú cez tekutý hliník, pohlcujú atómy a drobné bublinky vodíka, zachytávajú suspendované častice trosky a oxidových filmov. Evakuácia tekutého hliníka dáva veľký efekt, ktorý presvedčivo ukázal sovietsky vedec K.N. Michajlov.

Všetky nekovové inklúzie sú obzvlášť škodlivé, keď kov kryštalizuje pomaly, preto sa pri odlievaní vždy snažia zvýšiť rýchlosť kryštalizácie. Tvarové diely sa neodlievajú do zemných foriem, ale do kovových foriem; pri odlievaní ingotov sa liatinové formy nahrádzajú vodou chladenými medenými. Ale aj pri najrýchlejšom odvode tepla zo steny formy alebo formy sa po vykryštalizovaní prvej tenkej vrstvy medzi stenou a touto kôrkou objaví vzduchová medzera. Vzduch zle vedie teplo... Rýchlosť odvodu tepla z kovu prudko klesá.

Všetky pokusy radikálne urýchliť ochladzovanie stien zlyhali kvôli tejto vzduchovej medzere. Nakoniec sa našlo správne riešenie, ako to už v technike často býva, urobiť to „na druhej strane“: namiesto boja proti tepelným stratám vo vzduchovej medzere sa odstránila samotná medzera. Chladiaca voda začala priamo zavlažovať kryštalizujúci kov. Tak sa zrodila metóda kontinuálneho odlievania hliníkových ingotov.

Tekutý kov sa naleje do medenej alebo hliníkovej formy malej výšky. Do formy je vložená paleta, ktorá nahrádza pevné dno. Hneď ako začne tuhnutie hliníka, paleta sa pomaly spúšťa – postupne a rovnakou rýchlosťou ako proces kryštalizácie. A tekutý kov sa neustále pridáva zhora.

Proces je riadený tak, že otvor roztaveného hliníka je prevažne pod okrajom formy, kde sa voda privádza priamo do tuhnúceho ingotu.

Vývoj kontinuálneho odlievania ingotov z hliníkových zliatin prebiehal v ťažkých vojnových rokoch. Do roku 1945 však v našich hutníckych závodoch nezostala ani jedna forma na hliníkové ingoty. Kvalita liateho kovu sa výrazne zlepšila. Veľkú úlohu vo vývoji kontinuálneho odlievania hliníka má A.F. Belov, V.A. Livanov, S.M. Voronov a V.I. Dobatkin. Mimochodom, metóda kontinuálneho odlievania ocele v metalurgii železa, ktorej vývoj sa začal v nasledujúcich rokoch, vďačí za mnohé úspechy v oblasti plynulého odlievania hliníka.

Neskôr F.I. Kvasov, 3.N. Getselev a G.A. Balakhontsev predložil originálny nápad, ktorý umožnil kryštalizovať mnohotonové hliníkové ingoty úplne bez foriem. Počas procesu kryštalizácie je tekutý kov udržiavaný v suspenzii elektromagnetickým poľom.

Nemenej vtipný bol V.G. Golovkin, kontinuálna metóda výroby liateho hliníkového drôtu s priemerom do 9 mm. Prúd tekutého kovu nepretržite vytekal z vodorovného otvoru v peci. Hneď na výstupe bola do kovu privádzaná chladiaca voda a čoskoro bol čiastočne vyvrhnutý prúd naberaný valčekmi a ťahaný ďalej. Povrch takéhoto drôtu sa ukázal byť hladký a lesklý, jeho pevnosť nebola nižšia ako za studena ťahaný drôt. A potreba toho bola obrovská. Každý, kto pilotoval lietadlo, videl nekonečné rady nitov na krídlach a trupe. Zrejme však nie každý vie, že počet týchto nitov na vojnovom bojovníkovi dosiahol 100 ... 200 tisíc kusov a na bombardéri - dokonca až milión ...

Keď už hovoríme o fázach vytvrdzovania, zdôraznili sme, že sú výsledkom rozpustenia príslušných kovov v hliníku a chemickej interakcie s ním. Toto sú mimoriadne užitočné inklúzie. S oxidovými inklúziami sa vo všetkých fázach výroby vedie tvrdohlavý boj. Ale taká je dialektika vlastností látky: oxidové inklúzie nerozpustné v hliníku a pre neho škodlivé úplne zmenili svoju kvalitu, len čo sa zmenili na najtenšie filmy.

SAP a SAS

Ak sa nastrieka tekutý hliník, získajú sa viac-menej zaoblené častice, úplne pokryté tenkými filmami oxidu. Tieto častice (nazývajú sa pulverizát) sa melú v guľových mlynoch. Získajú sa najtenšie „koláče“ s hrúbkou 0,1 mikrónu. Ak takýto prášok nie je predtým oxidovaný, potom pri kontakte so vzduchom okamžite exploduje - dôjde k prudkej oxidácii. Preto sa v mlynoch vytvára inertná atmosféra s kontrolovaným obsahom kyslíka a proces oxidácie prášku prebieha postupne.

Pri prvom stupni mletia sa objemová hmotnosť prášku znižuje na 0,2 g/cm3, obsah oxidu hlinitého sa postupne zvyšuje na 4...8%. Drvenie pokračuje, malé častice tesnejšie priliehajú, nelepia sa, keďže do prášku je špeciálne pridávaný tuk a objemová hmotnosť materiálu sa zvyšuje na 0,8 g/cm3. Oxidácia prebieha pomerne intenzívne a obsah oxidu hlinitého dosahuje 9...14%. Postupne tuk takmer úplne zmizne a najmenšie zoxidované častice sa „nitujú“, spájajú do väčších konglomerátov.

Takýto „ťažký“ prášok (obsahuje až 20 ... 25 % oxidu) už nelieta ako páperie, dá sa pokojne nasypať do pohárov. Potom sa prášok briketuje v lisoch pod tlakom 30...60 kg/mm2 a pri teplote 550...650ºС. Potom materiál získava kovový lesk, má pomerne vysokú pevnosť, elektrickú a tepelnú vodivosť. Brikety je možné lisovať, valcovať, kovať rúry, plechy, prúty a iné výrobky. Všetky tieto polotovary sa nazývajú SAP - podľa prvých písmen slov "sintrovaný hliníkový prášok".

Čím menšia je vzdialenosť medzi časticami, tým silnejší je SAP. Vzhľadom na to, že povaha disperzných útvarov v konvenčných starnúcich hliníkových zliatinách a SAP je odlišná, tieto materiály sa značne líšia aj svojimi vlastnosťami. SAP si zachováva vysokú pevnosť až do 500...600°C a všetky hliníkové zliatiny pri tejto teplote prechádzajú do polotekutého alebo viskózneho stavu. Tisíce hodín pri teplotách do 500 °C majú vo všeobecnosti malý vplyv na pevnosť SAP, pretože interakcia oxidových častíc a hliníkovej matrice sa po zahriatí mení len málo. Na druhej strane hliníkové zliatiny pri takomto teste úplne stratia svoju pevnosť.

SAP nie je potrebné kaliť, odolnosťou voči korózii sa blíži čistému hliníku. Z hľadiska elektrickej a tepelnej vodivosti je tento materiál bližší čistému hliníku ako starnúce zliatiny rovnakej pevnosti. Charakteristickým znakom SAP je adsorpcia obrovského množstva vlhkosti rozvetveným povrchom oxidovaných častíc.

Preto musí byť SAP dobre odplynený vo vákuu zahriatím materiálu na teplotu topenia hliníka. Piesty motorov pracujúcich pri teplotách do 400 až 450°C sú vyrobené zo SAP, tento materiál je perspektívny pre stavbu lodí a chemické inžinierstvo.

Na záver príbehu o použití hliníka ako konštrukčného materiálu je potrebné spomenúť jeho spekané zliatiny s kremíkom, niklom, železom, chrómom, zirkónom. Nazývajú sa CAC – podľa prvých písmen slov „spekaná hliníková zliatina“. Zliatiny majú nízky koeficient lineárnej rozťažnosti, čo umožňuje ich použitie v kombinácii s oceľou v mechanizmoch a zariadeniach. Na druhej strane obyčajný hliník má koeficient lineárnej rozťažnosti približne dvojnásobný ako oceľ, čo spôsobuje veľké napätia, deformácie rozmerov a poruchy pevnosti.

Samozrejme, o prvku č.13 sa dá povedať oveľa viac ako o hliníkovom kove. "Životopis" prvku č.13 je spojený s osudom mnohých vedeckých problémov a objavov, rôznych procesov a produktov - farieb, polymérnych materiálov, katalyzátorov a mnohých ďalších. A predsa nebude chyba, ak budeme tvrdiť, že kov hliníka je v modernej technológii, v modernom živote dôležitejší ako všetky zlúčeniny hliníka dohromady.

Nielen legenda

V mnohých populárnych knihách o chémii a metalurgii sa traduje, že hliník bol údajne známy už v staroveku. Istý vynálezca (jeho meno zostáva neznáme) priniesol jednému z panovníkov kovovú misku - veľmi ľahkú, ale navonok podobnú striebru. Príbeh sa skončil slzami: vynálezca bol popravený, pretože sa pán bál, že nový kov znehodnotí jeho striebro.

S najväčšou pravdepodobnosťou tento príbeh nie je ničím iným ako krásnou rozprávkou. Ale niektoré zlúčeniny hliníka používali ľudia už v staroveku. A nielen hlina, ktorej základom je Al2O3. „Prírodopis“ Plínia staršieho spomína, že kamenec (ich vzorec je KAl(SO4)2 12H2O) sa na prelome starej a novej doby používal ako moridlo pri farbení látok. Na začiatku nášho letopočtu nariadil rímsky veliteľ Archelaos počas vojny s Peržanmi natrieť drevené veže kamencom. V dôsledku toho strom získal požiarnu odolnosť a Peržania nedokázali podpáliť rímske opevnenie.

Aluminotermia

V roku 1865 známy ruský chemik N.N. Beketov objavil metódu získavania kovov pomocou hliníka, nazývanú aluminotermia. Podstatou metódy je, že pri zapálení zmesi oxidov mnohých kovov s elementárnym hliníkom dochádza k redukcii týchto kovov. Ak sa oxid odoberie v nadbytku, potom bude výsledný kov takmer bez prímesí prvku č.13. Táto metóda je teraz široko používaná pri výrobe chrómu, vanádu a mangánu.

Syntetický kryolit

Kryolit je potrebný na získanie hliníka elektrolýzou. Tento minerál, ktorý vyzerá ako ľad, dokáže výrazne znížiť bod topenia oxidu hlinitého, suroviny na výrobu hliníka. Zloženie kryolitu je 3NaF AlF3. Jediné veľké ložisko tohto minerálu je takmer vyčerpané a dá sa povedať, že svetový hliníkový priemysel teraz pracuje na syntetickom kryolite. U nás sa prvé pokusy o získanie umelého kryolitu uskutočnili už v roku 1924. V roku 1933 bola pri Sverdlovsku uvedená do prevádzky prvá kryolitová prevádzka. Existujú dva hlavné spôsoby výroby tohto minerálu - kyslý a zásaditý, prvý sa používa širšie. V tomto prípade slúži ako surovina kazivec CaF2, ktorý sa spracuje kyselinou sírovou a získa sa fluorovodík. Po rozpustení vo vode sa premení na kyselinu fluorovodíkovú, ktorá reaguje s hydroxidom hlinitým. Získaná kyselina fluórhlinitá H3AlF6 sa centralizuje pomocou sódy. Vyzráža sa kryolit, ktorý je vo vode málo rozpustný.

Prvý katalyzátor

Už mnoho rokov neutíchajú reči o katalyzátoroch K. Zieglera a D. Nattu, organoprvkových zlúčeninách, ktoré spôsobili revolúciu vo výrobe mnohých polymérnych materiálov, najmä syntetických kaučukov. Polyméry získané pomocou takýchto katalyzátorov sa vyznačujú obzvlášť čistou štruktúrou, a teda najlepšími fyzikálno-chemickými vlastnosťami. Organohlinité zlúčeniny boli prvými katalyzátormi pre stereošpecifickú polymerizáciu.

A to všetko je oxid hlinitý!

Hliník už dávno nie je drahým kovom, ale niektoré jeho zlúčeniny stále zostávajú drahými kameňmi. Monokryštály oxidu hlinitého s malými prídavkami farbiacich oxidov - to je ako jasne červený rubín, tak aj žiarivý modrý zafír - drahokamy prvého - najvyššieho rádu. Je im daná farba: zafír - ióny železa a titánu, rubín - chróm. Čistý kryštalický oxid hlinitý je bezfarebný a nazýva sa korund. Hliník sa nachádza aj v turmalíne, bezfarebnom leukozafíre, žltom „orientálnom topáse“ a mnohých ďalších cenných kameňoch. Umelý korund, zafír a rubín sa vyrábajú v továrenskom meradle, tieto kamene potrebujú nielen klenotníci, ale aj mnohé odvetvia moderných technológií. Stačí pripomenúť rubínové lasery, hodiny „na pätnástich kameňoch“, šmirgeľ, ktorý sa vyrába hlavne z korundu získaného v elektrických peciach, a zafírové okienka Tokamaku, jedného z prvých zariadení na štúdium termonukleárnych procesov.

Iba jeden izotop

Prírodný hliník pozostáva len z jedného „druhu“ atómov – izotopu s hmotnostným číslom 27. Je známych niekoľko umelých rádioaktívnych izotopov prvku č. - životnosť asi milión rokov.

hlinitany

Hlinitany sú soli ortohlinitých H3AlO3 a metahlinitých HAlO2 kyselín. Medzi prírodné hlinitany patrí ušľachtilý spinel a vzácny chryzoberyl. Hlinitan sodný NaAlO2, ktorý vzniká pri výrobe oxidu hlinitého, sa používa v textilnom priemysle ako moridlo. V poslednom čase nadobudli praktický význam aj hlinitany prvkov vzácnych zemín, ktoré sa vyznačujú vysokou žiaruvzdornosťou a charakteristickou, v mnohých prípadoch nádhernou farbou. Hlinitany lantánu a samária sú krémové, európium, gadolínium a dysprózium sú ružové, neodým je fialový a prazeodým je žltý. Tieto materiály sa považujú za perspektívne pri výrobe špeciálnej keramiky a optických skiel, ako aj v jadrovej energetike: niektoré prvky vzácnych zemín sa vyznačujú mimoriadne vysokou schopnosťou zachytávať tepelné neutróny. Viac o tom v príbehoch o lantanoidoch.

učiteľ o žiakovi

“... Verím, že som urobil objav: objavil som človeka. V roku 1880, krátko po mojom návrate z Japonska, kde som štyri roky učil chémiu, som si všimol šestnásťročného chlapca. Tento mladý muž si prišiel do laboratória kúpiť sklenené skúmavky, skúmavky alebo niečo podobné za pár centov. Nevedel som o tomto chlapcovi nič, ale často som si myslel, že z neho možno bude vedec, pretože robil výskum v tých rokoch, keď iní tínedžeri trávia čas iba hrami a zábavou. Týmto tínedžerom bol Charles M. Hall, muž, ktorý vo veku 23 rokov objavil metódu oddeľovania hliníka od rúd.

Charles nastúpil na vysokú školu a keď zložil časť požadovaného kurzu, vzal som ho do svojho laboratória. Raz, keď som sa rozprával so študentmi, povedal som: „Vynálezca, ktorý dokáže vyvinúť lacný spôsob výroby hliníka a urobiť z hliníka kov masovej spotreby, urobí ľudstvu veľkú službu a zaslúži si slávu vynikajúceho vedca.“

Počul som, ako sa Charles otočil k jednému zo svojich spolužiakov a povedal: "Ja sa o tento kov postarám." A pustil sa do práce. Vyskúšal mnoho metód, všetky bez úspechu. Nakoniec sa Hall rozhodol pre elektrolýzu. Dal som mu staré nepotrebné prístroje a batérie. Tí z vás, ktorí videli elektrické batérie, by sa zasmiali, čo všetko dokázal Hall postaviť z rôznych pohárov s hrudkami uhlia. Ale dostali sme prúd, ktorý sme potrebovali.

Krátko nato Hall vyštudoval vysokú školu a prevzal zariadenie. Svoje laboratórium si zriadil v lese neďaleko svojho domu, vytrval vo svojich pokusoch a často mi rozprával o výsledkoch.

Bolo potrebné nájsť rozpúšťadlo pre oxid hlinitý, hlavnú hliníkovú surovinu. A po šiestich mesiacoch Hall zistil, že oxid je vysoko rozpustný v tavenine hlinitanu fluoridu sodného 3NaF · AlF3.

Jedného rána ku mne pribehol Hall s radostným zvolaním: "Pán profesor, mám to!" Na natiahnutej ruke ležalo dvanásť malých guľôčok hliníka, úplne prvého hliníka vyrobeného elektrolýzou. Stalo sa tak 23. februára 1886.“

Toto je príbeh profesorky Yvette, nami pretlačený zo zbierky „Flash of a Genius“, ktorú z primárnych zdrojov zostavil americký vedec A. Garrett.

Hliník v raketovom palive

Keď hliník horí v kyslíku a fluóre, uvoľňuje sa veľa tepla. Preto sa používa ako prísada do raketového paliva. Raketa Saturn počas letu spáli 36 ton hliníkového prášku. Myšlienku použitia kovov ako zložky raketového paliva prvýkrát vyjadril F.A. Zander.

Záver

Je známe, že v p-prvkoch je p-podúroveň vonkajšej elektronickej hladiny vyplnená elektrónmi, ktoré môžu obsahovať jeden až šesť elektrónov.

V periodickom systéme je 30 p-prvkov. Tieto p-prvky alebo ich p-elektronické náprotivky tvoria podskupiny IIIA, IVA, VA, VIA, VIIA a VI IIA. Štruktúra vonkajšej elektrónovej úrovne atómov prvkov týchto podskupín sa vyvíja nasledovne: ns2p1, ns2p2, ns2p3, ns2p4, ns2p5 a ns2p6.

Celkovo v p-prvkoch, okrem hliníka, je redukčná aktivita vyjadrená relatívne slabo. Naopak, pri prechode z IIIA-do VIIA-podskupiny sa pozoruje zvýšenie oxidačnej aktivity neutrálnych atómov, zvyšujú sa hodnoty elektrónovej afinity a ionizačnej energie a zvyšuje sa elektronegativita p-prvkov.

V atómoch p-prvkov nie sú valenciou len p-elektróny, ale aj s-elektróny vonkajšej úrovne. Najvyšší kladný oxidačný stav p-elektronických analógov sa rovná číslu skupiny, v ktorej sa nachádzajú.

Použité knihy

1. Achmetov N.S., Všeobecná a anorganická chémia. - M.: Vyššia škola, 1989

2. Cotton F., Wilkinson J., Základy anorganickej chémie. - M.: Mir, 1979

3. Nekrasov B.V., Učebnica všeobecnej chémie. - M.: Chémia, 1981

4. S. I. Venetsky „Príbehy o kovoch“, Moskva, vyd. Hutníctvo 1986

5. Yu, V. Chodakov, V. L. Vasilevsky "Metals", Moskva, ed. Osvietenstvo 1966

6. A. V. Suvorov, A. B. Nikolsky „Všeobecná chémia“, Petrohrad vyd. Chémia 1995

Plán:

Úvod

Fyzikálne vlastnosti Al

Chemické vlastnosti Al

Získavanie a používanie Al

Oxid hlinitý Al 2 O 3

Hydroxid hlinitý Al(OH)3

hliníkové soli

Binárne zlúčeniny hliníka

Záujem, záujem...

Čo je on - Al

O výhodách fáz starnutia a posilňovania

Rýchle ochladzovanie vytvára kryštály

SAP a SAS

Nielen legenda

Aluminotermia

Syntetický kryolit

Prvý katalyzátor

A to všetko je oxid hlinitý!

Iba jeden izotop

hlinitany

učiteľ o žiakovi

Hliník v raketovom palive

Záver

Literatúra

Štátna poľnohospodárska akadémia v Uljanovsku

Katedra chémie

Kontroloval: Nuretdinova R.A.

Abstraktné

"hliník"

Vykonáva ho študentjakurz

2b fakultné skupiny

veterinárna medicína

K dokumentovanému objavu hliníka došlo v roku 1825. Dánsky fyzik Hans Christian Oersted tento kov prvýkrát získal, keď ho izoloval pôsobením amalgámu draselného na bezvodý chlorid hlinitý (získaný prechodom chlóru cez horúcu zmes oxidu hlinitého a uhlia). Po odohnaní ortuti získal Oersted hliník, ktorý je však znečistený nečistotami. V roku 1827 nemecký chemik Friedrich Wöhler získal hliník v práškovej forme redukciou hexafluorohlinitanu draselného. Moderný spôsob výroby hliníka objavil v roku 1886 mladý americký výskumník Charles Martin Hall. (V rokoch 1855 až 1890 sa získalo len 200 ton hliníka a počas nasledujúceho desaťročia sa Hallovou metódou získalo na celom svete 28 000 ton tohto kovu.) Hliník s čistotou nad 99,99 % sa prvýkrát získal elektrolýzou v roku 1920. V roku 1925 Edwards zverejnil niekoľko informácií o fyzikálnych a mechanických vlastnostiach takéhoto hliníka. V roku 1938 Taylor, Willey, Smith a Edwards publikovali článok, ktorý uvádza niektoré vlastnosti hliníka s čistotou 99,996 %, ktorý sa tiež získava vo Francúzsku elektrolýzou. Prvé vydanie monografie o vlastnostiach hliníka vyšlo v roku 1967. Až donedávna sa verilo, že hliník ako veľmi aktívny kov sa nemôže v prírode vyskytovať vo voľnom stave, až v roku 1978. v horninách sibírskej platformy sa našiel natívny hliník - vo forme vláknitých kryštálov dlhých len 0,5 mm (s hrúbkou nití niekoľko mikrometrov). V lunárnej pôde, dodanej na Zem z oblastí morí kríz a hojnosti, bolo tiež možné odhaliť pôvodný hliník.

Hliníkové stavebné materiály

V zemskej kôre je veľa hliníka: 8,6 % hmotnosti. Je na prvom mieste medzi všetkými kovmi a na treťom mieste medzi ostatnými prvkami (po kyslíku a kremíku). Hliníka je dvakrát toľko ako železa a 350-krát toľko ako medi, zinku, chrómu, cínu a olova dohromady! Ako napísal pred viac ako 100 rokmi vo svojej klasickej učebnici Základy chémie D.I. Mendelejev, zo všetkých kovov je „hliník v prírode najbežnejší; stačí poukázať na to, že je súčasťou hliny, aby bolo jasné všeobecné rozloženie hliníka v zemskej kôre. Hliník, alebo kov kamenca (alumen), sa preto inak nazýva íl, ktorý sa nachádza v hline.

Najdôležitejším minerálom hliníka je bauxit, zmes zásaditého oxidu AlO(OH) a hydroxidu Al(OH) 3 . Najväčšie ložiská bauxitu sú v Austrálii, Brazílii, Guinei a na Jamajke; priemyselná výroba sa vykonáva aj v iných krajinách. Alunit (kamencový kameň) (Na, K) 2 SO 4 Al 2 (SO 4) 3 4Al (OH) 3, nefelín (Na, K) 2 O Al 2 O 3 2SiO 2 sú tiež bohaté na hliník. Celkovo je známych viac ako 250 minerálov, medzi ktoré patrí hliník; väčšina z nich sú hlinitokremičitany, z ktorých sa tvorí najmä zemská kôra. Pri ich zvetrávaní vzniká hlina, ktorej základom je minerál kaolinit Al 2 O 3 2SiO 2 2H 2 O. Nečistoty železa zvyčajne farbia hlinu do hneda, ale vyskytuje sa aj biely íl - kaolín, z ktorého sa vyrába porcelán a výrobky z fajansy.

Občas sa nájde výnimočne tvrdý (po diamante druhý) minerál korund - kryštalický oxid Al 2 O 3, často zafarbený nečistotami v rôznych farbách. Jeho modrá odroda (prímes titánu a železa) sa nazýva zafír, červená (prímes chrómu) sa nazýva rubín. Rôzne nečistoty môžu zafarbiť takzvaný ušľachtilý korund aj do zelenej, žltej, oranžovej, fialovej a iných farieb a odtieňov.

Až donedávna sa verilo, že hliník ako veľmi aktívny kov sa nemôže v prírode vyskytovať vo voľnom stave, avšak v roku 1978 bol v horninách Sibírskej plošiny objavený prírodný hliník - vo forme fúzov dlhých len 0,5 mm. (s hrúbkou závitu niekoľko mikrometrov). Natívny hliník sa našiel aj v lunárnej pôde dodanej na Zem z oblastí morí kríz a hojnosti. Predpokladá sa, že kovový hliník môže vzniknúť kondenzáciou z plynu. Je známe, že halogenidy hliníka - chlorid, bromid, fluorid - sa zahrievajú, môžu sa ľahšie alebo menej ľahko odparovať (napríklad AlCl 3 sublimuje už pri 180 °C). Pri silnom zvýšení teploty sa halogenidy hliníka rozkladajú a prechádzajú do stavu s nižšou valenciou kovu, napríklad AlCl. Keď takáto zlúčenina kondenzuje pri znížení teploty a neprítomnosti kyslíka, dochádza v tuhej fáze k disproporcionačnej reakcii: niektoré atómy hliníka sa oxidujú a prechádzajú do obvyklého trojmocného stavu a niektoré sú redukované. Monovalentný hliník je možné redukovať len na kov: 3AlCl ® 2Al + AlCl 3 . Tento predpoklad podporuje aj vláknitý tvar kryštálov natívneho hliníka. Kryštály tejto štruktúry sa zvyčajne tvoria v dôsledku rýchleho rastu z plynnej fázy. Pravdepodobne sa podobným spôsobom vytvorili mikroskopické hliníkové nugety v lunárnej pôde.

Názov hliník pochádza z latinského alumen (rodový prípad aluminis). Takzvaný kamenec, podvojný draselno-hlinitý síran KAl (SO 4) 2 12H 2 O), ktorý sa používal ako moridlo pri farbení látok. Latinský názov pravdepodobne pochádza z gréckeho „halme“ - soľanka, soľný roztok. Je zvláštne, že v Anglicku je hliník hliník a v USA je to hliník.

V mnohých populárnych knihách o chémii sa traduje legenda, že istý vynálezca, ktorého meno sa história nezachovala, priniesol cisárovi Tiberiovi, ktorý vládol Rímu v rokoch 14-27 n.l., misku vyrobenú z kovu, ktorý farbou pripomínal striebro, ale ľahší. Tento dar stál majstra život: Tiberius ho prikázal popraviť a dielňu zničiť, pretože sa bál, že nový kov by mohol znehodnotiť striebro v cisárskej pokladnici.

Táto legenda je založená na príbehu Plínia staršieho, rímskeho spisovateľa a učenca, autora prírodná história- encyklopédie prírodovedných poznatkov dávnych čias. Podľa Plínia bol nový kov získaný z „hlinitej zeme“. Ale hlina obsahuje hliník.

Moderní autori si takmer vždy vyhradzujú, že celý tento príbeh nie je ničím iným ako krásnou rozprávkou. A to nie je prekvapujúce: hliník v horninách je mimoriadne silne viazaný na kyslík a jeho uvoľnenie si vyžaduje veľa energie. Nedávno sa však objavili nové údaje o zásadnej možnosti získania kovového hliníka v staroveku. Ako ukazuje spektrálna analýza, dekorácie na hrobke čínskeho veliteľa Čou-Ču, ktorý zomrel na začiatku 3. stor. AD, sú vyrobené zo zliatiny, ktorá tvorí 85 % hliníka. Mohli starovekí ľudia získať voľný hliník? Všetky známe metódy (elektrolýza, redukcia kovovým sodíkom alebo draslíkom) sú automaticky eliminované. Mohol by sa v staroveku nájsť prírodný hliník, ako napríklad hrudky zlata, striebra, medi? To je tiež vylúčené: prírodný hliník je najvzácnejší minerál, ktorý sa vyskytuje v zanedbateľných množstvách, takže starí majstri nemohli nájsť a zbierať takéto nugety v správnom množstve.

Možné je však aj iné vysvetlenie Plíniovho príbehu. Hliník sa dá z rúd získať nielen pomocou elektriny a alkalických kovov. Od staroveku existuje dostupné a široko používané redukčné činidlo - to je uhlie, pomocou ktorého sa oxidy mnohých kovov pri zahrievaní redukujú na voľné kovy. Koncom 70. rokov sa nemeckí chemici rozhodli otestovať, či sa hliník mohol vyrábať v staroveku redukciou uhlím. Zmes hliny s uhoľným práškom a kuchynskou soľou alebo potašom (uhličitan draselný) v hlinenom tégliku zahriali do červeného ohňa. Soľ sa získavala z morskej vody a potaš z popola rastlín, aby sa použili len tie látky a metódy, ktoré boli dostupné v staroveku. Po určitom čase na povrchu téglika plávala troska s hliníkovými guličkami! Produkcia kovu bola malá, ale je možné, že práve týmto spôsobom mohli starovekí hutníci získať „kov 20. storočia“.

vlastnosti hliníka.

Farba čistého hliníka pripomína striebro, je to veľmi ľahký kov: jeho hustota je len 2,7 g/cm3. Ľahšie ako hliník sú len alkalické kovy a kovy alkalických zemín (okrem bária), berýlium a horčík. Hliník sa tiež ľahko topí - pri 600 ° C (tenký hliníkový drôt sa dá roztaviť na bežnom kuchynskom horáku), ale vrie iba pri 2452 ° C. Z hľadiska elektrickej vodivosti je hliník na 4. mieste, hneď za striebrom (ten je na prvom mieste), meď a zlato, čo má vzhľadom na lacnosť hliníka veľký praktický význam. Tepelná vodivosť kovov sa mení v rovnakom poradí. Vysokú tepelnú vodivosť hliníka si ľahko overíte ponorením hliníkovej lyžičky do horúceho čaju. A ešte jedna pozoruhodná vlastnosť tohto kovu: jeho hladký, lesklý povrch dokonale odráža svetlo: od 80 do 93 % vo viditeľnej oblasti spektra, v závislosti od vlnovej dĺžky. V ultrafialovej oblasti nemá hliník v tomto ohľade obdobu a iba v červenej oblasti je o niečo horší ako striebro (v ultrafialovej má striebro veľmi nízku odrazivosť).

Čistý hliník je pomerne mäkký kov - takmer trikrát mäkší ako meď, takže aj pomerne hrubé hliníkové dosky a tyče sa dajú ľahko ohýbať, ale keď hliník tvorí zliatiny (je ich obrovské množstvo), jeho tvrdosť sa môže zdesaťnásobiť.

Charakteristický oxidačný stav hliníka je +3, ale kvôli prítomnosti nenaplnených 3 R- a 3 d-orbitály atómy hliníka môžu vytvárať ďalšie väzby donor-akceptor. Preto je ión Al 3+ s malým polomerom veľmi náchylný na tvorbu komplexov, tvoriacich rôzne katiónové a aniónové komplexy: AlCl 4 – , AlF 6 3– , 3+ , Al(OH) 4 – , Al(OH) 6 3 – , AlH 4 – a mnohé ďalšie. Sú známe aj komplexy s organickými zlúčeninami.

Chemická aktivita hliníka je veľmi vysoká; v sérii elektródových potenciálov je hneď za horčíkom. Na prvý pohľad sa takéto tvrdenie môže zdať zvláštne: koniec koncov, hliníková panvica alebo lyžica je na vzduchu celkom stabilná a vo vriacej vode sa nezrúti. Hliník na rozdiel od železa nehrdzavie. Ukazuje sa, že na vzduchu je kov pokrytý bezfarebným, tenkým, ale silným „brnením“ oxidu, ktorý chráni kov pred oxidáciou. Ak sa teda do plameňa horáka vloží hrubý hliníkový drôt alebo doska s hrúbkou 0,5–1 mm, kov sa topí, ale hliník netečie, pretože zostáva vo vrecku oxidu. Ak hliník zbavíte ochranného filmu alebo ho uvoľníte (napríklad ponorením do roztoku ortuťových solí), hliník okamžite prejaví svoju pravú podstatu: už pri izbovej teplote začne prudko reagovať s vodou za vývoja vodík: 2Al + 6H20® 2Al (OH)3 + 3H2. Vo vzduchu sa hliník bez ochranného filmu priamo pred našimi očami mení na sypký oxidový prášok: 2Al + 3O 2 ® 2Al 2 O 3. Hliník je obzvlášť aktívny v jemne rozomletom stave; hliníkový prach pri fúkaní do plameňa okamžite vyhorí. Ak na keramickej platni zmiešate hliníkový prach s peroxidom sodným a kvapnete na zmes vodu, hliník sa tiež rozhorí a horí bielym plameňom.

Veľmi vysoká afinita hliníka ku kyslíku mu umožňuje „odoberať“ kyslík z oxidov množstva iných kovov a obnovovať ich (aluminotermická metóda). Najznámejším príkladom je termitová zmes, pri ktorej spaľovaní sa uvoľňuje toľko tepla, že sa roztaví výsledné železo: 8Al + 3Fe 3 O 4 ® 4Al 2 O 3 + 9Fe. Túto reakciu objavil v roku 1856 N. N. Beketov. Týmto spôsobom je možné obnoviť kovy Fe203, CoO, NiO, Mo03, V205, Sn02, CuO a množstvo iných oxidov. Pri redukcii Cr 2 O 3, Nb 2 O 5, Ta 2 O 5, SiO 2, TiO 2, ZrO 2, B 2 O 3 hliníkom nestačí reakčné teplo na zahriatie reakčných produktov nad ich teplotu topenia.

Hliník sa ľahko rozpúšťa v zriedených minerálnych kyselinách za vzniku solí. Koncentrovaná kyselina dusičná oxidáciou hliníkového povrchu prispieva k zhrubnutiu a vytvrdnutiu oxidového filmu (tzv. pasivácia kovu). Takto upravený hliník nereaguje ani s kyselinou chlorovodíkovou. Pomocou elektrochemickej anodickej oxidácie (eloxovania) možno na povrchu hliníka vytvoriť hrubý film, ktorý sa dá jednoducho natrieť rôznymi farbami.

Vytesňovaniu menej aktívnych kovov z roztokov solí hliníkom často bráni ochranný film na hliníkovom povrchu. Tento film je rýchlo zničený chloridom meďnatým, takže reakcia 3CuCl 2 + 2Al ® 2AlCl 3 + 3Cu prebieha ľahko, čo je sprevádzané silným zahrievaním. V silných alkalických roztokoch sa hliník ľahko rozpúšťa za uvoľňovania vodíka: 2Al + 6NaOH + 6H 2 O ® 2Na 3 + 3H 2 (vznikajú aj iné aniónové hydroxokomplexy). Amfotérny charakter zlúčenín hliníka sa prejavuje aj v ľahkom rozpúšťaní jeho čerstvo vyzrážaného oxidu a hydroxidu v zásadách. Kryštalický oxid (korund) je veľmi odolný voči kyselinám a zásadám. Pri tavení s alkáliami vznikajú bezvodé hlinitany: Al 2 O 3 + 2NaOH ® 2NaAlO 2 + H 2 O. Hlinitan horečnatý Mg (AlO 2) 2 je polodrahokam spinel, zvyčajne farbený nečistotami v širokej škále farieb .

Hliník prudko reaguje s halogénmi. Ak sa do skúmavky s 1 ml brómu zavedie tenký hliníkový drôt, hliník sa po krátkom čase zapáli a horí jasným plameňom. Reakcia zmesi hliníka a jódového prášku je iniciovaná kvapkou vody (voda s jódom tvorí kyselinu, ktorá ničí oxidový film), po ktorej sa objaví jasný plameň s palicami fialovej jódovej pary. Halogenidy hliníka vo vodných roztokoch sú kyslé v dôsledku hydrolýzy: AlCl 3 + H 2 O Al(OH)Cl 2 + HCl.

K reakcii hliníka s dusíkom dochádza až nad 800 °C za vzniku nitridu AlN, so sírou pri 200 °C (vzniká sulfid Al 2 S 3), s fosforom pri 500 °C (vzniká AlP fosfid). Pri zavádzaní bóru do roztaveného hliníka vznikajú boridy zloženia AlB 2 a AlB 12 - žiaruvzdorné zlúčeniny odolné voči kyselinám. Hydrid (AlH) x (x = 1,2) vzniká len vo vákuu pri nízkych teplotách pri reakcii atómového vodíka s parami hliníka. Hydrid AlH3, ktorý je stabilný v neprítomnosti vlhkosti pri teplote miestnosti, sa získa v bezvodom éterovom roztoku: AlCl3 + LiH® AlH3 + 3LiCl. S nadbytkom LiH vzniká soli podobný lítiumalumíniumhydrid LiAlH 4 - veľmi silné redukčné činidlo používané v organickej syntéze. Okamžite sa rozkladá vodou: LiAlH 4 + 4H 2 O ® LiOH + Al (OH) 3 + 4H 2.

Získanie hliníka.

K dokumentovanému objavu hliníka došlo v roku 1825. Dánsky fyzik Hans Christian Oersted tento kov prvýkrát získal, keď ho izoloval pôsobením amalgámu draselného na bezvodý chlorid hlinitý (získaný prechodom chlóru cez horúcu zmes oxidu hlinitého a uhlia). Po odohnaní ortuti získal Oersted hliník, ktorý je však znečistený nečistotami. V roku 1827 nemecký chemik Friedrich Wöhler získal hliník v práškovej forme redukciou hexafluorohlinitanu draselného:

Na3AlF6 + 3K® Al + 3NaF + 3KF. Neskôr sa mu podarilo získať hliník v podobe lesklých kovových guľôčok. V roku 1854 francúzsky chemik Henri Etienne Saint-Clair Deville vyvinul prvý priemyselný spôsob výroby hliníka - redukciou taveniny tetrachlórhlinitanu sodného: NaAlCl 4 + 3Na ® Al + 4NaCl. Hliník bol však naďalej mimoriadne vzácnym a drahým kovom; nestálo to oveľa lacnejšie ako zlato a 1500-krát drahšie ako železo (teraz len trikrát). Zo zlata, hliníka a drahých kameňov bola v 50. rokoch 19. storočia vyrobená hrkálka pre syna francúzskeho cisára Napoleona III. Keď bol v roku 1855 na svetovej výstave v Paríži vystavený veľký ingot hliníka získaný novou metódou, pozeralo sa naň ako na klenot. Vrchná časť (v podobe pyramídy) Washingtonovho pamätníka v hlavnom meste USA bola vyrobená zo vzácneho hliníka. Hliník vtedy nebol oveľa lacnejší ako striebro: napríklad v USA sa v roku 1856 predával za cenu 12 dolárov za libru (454 g), striebro za 15 dolárov. V 1. zväzku známej Encyklopedický slovník Brockhausa a Efrona povedal, že „hliník sa stále používa hlavne na obliekanie... luxusných predmetov“. V tom čase sa na celom svete ťažilo len 2,5 tony kovu ročne. Až koncom 19. storočia, keď bol vyvinutý elektrolytický spôsob získavania hliníka, jeho ročná produkcia začala dosahovať tisíce ton a v 20. storočí. – milión ton. Vďaka tomu sa hliník stal široko dostupným polodrahokamom.

Moderný spôsob výroby hliníka objavil v roku 1886 mladý americký výskumník Charles Martin Hall. O chémiu sa začal zaujímať už v detstve. Keď našiel starú otcovu učebnicu chémie, začal ju usilovne študovať a tiež experimentovať, raz dokonca dostal od matky pokarhanie, že poškodil obrus. A o 10 rokov neskôr urobil výnimočný objav, ktorý ho oslávil po celom svete.

Keď sa Hall stal študentom vo veku 16 rokov, počul od svojho učiteľa F. F. Jewetta, že ak sa niekomu podarí vyvinúť lacný spôsob získavania hliníka, tento človek nielenže poskytne ľudstvu obrovskú službu, ale zarobí aj obrovské sumy. bohatstvo. Jewett vedel, o čom hovorí: predtým sa vyučil v Nemecku, pracoval pre Wöhlera a diskutoval s ním o problémoch získavania hliníka. Jewett so sebou do Ameriky priniesol aj vzorku vzácneho kovu, ktorú ukázal svojim študentom. Zrazu Hall nahlas vyhlásil: "Dostanem tento kov!"

Pokračovalo šesť rokov tvrdej práce. Hall sa pokúšal získať hliník rôznymi metódami, no neúspešne. Nakoniec sa pokúsil extrahovať tento kov elektrolýzou. V tom čase ešte neboli elektrárne, prúd bolo potrebné získavať pomocou veľkých podomácky vyrobených batérií z uhlia, zinku, dusičnej a sírovej kyseliny. Hall pracoval v stodole, kde si zriadil malé laboratórium. Asistovala mu jeho sestra Julia, ktorá sa veľmi zaujímala o pokusy svojho brata. Uchovávala všetky jeho listy a pracovné denníky, ktoré vám umožňujú sledovať históriu objavu doslova zo dňa na deň. Tu je úryvok z jej spomienok:

„Charles mal vždy dobrú náladu a aj v tých najhorších dňoch sa dokázal zasmiať na osude nešťastných vynálezcov. V časoch zlyhania nachádzal útechu na našom starom klavíri. Vo svojom domácom laboratóriu pracoval dlhé hodiny bez prestávky; a keď mohol na chvíľu opustiť súpravu, uháňal cez náš dlhý dom, aby sa trochu pohral... Vedel som, že pri hre s takým šarmom a citom neustále myslí na svoju prácu. A hudba mu v tom pomohla.

Najťažšie bolo nájsť elektrolyt a ochrániť hliník pred oxidáciou. Po šiestich mesiacoch vyčerpávajúcej práce sa v tégliku konečne objavilo niekoľko malých strieborných guľôčok. Hall okamžite utekal za svojím bývalým učiteľom, aby podal správu o jeho úspechu. "Pán profesor, mám to!" zvolal a natiahol ruku: v dlani ležal tucet malých hliníkových guľôčok. Stalo sa tak 23. februára 1886. A presne o dva mesiace, 23. apríla toho istého roku, si Francúz Paul Héroux nechal patentovať podobný vynález, ktorý vyrobil nezávisle a takmer súčasne (zarážajúce sú ešte dve náhody: obe Hall a Héroux sa narodili v roku 1863 a zomreli v roku 1914).

Teraz sú prvé gule z hliníka získané Hallom uchovávané v American Aluminium Company v Pittsburghu ako národná pamiatka a v jeho vysokej škole je Hallov pamätník odliaty z hliníka. Následne Jewett napísal: „Mojím najdôležitejším objavom bolo objavenie človeka. Bol to Charles M. Hall, ktorý vo veku 21 rokov objavil spôsob, ako získať hliník z rudy, a tak spravil z hliníka ten úžasný kov, ktorý je dnes široko používaný po celom svete. Jewettovo proroctvo sa naplnilo: Hall získal široké uznanie, stal sa čestným členom mnohých vedeckých spoločností. Jeho osobný život však zlyhal: nevesta sa nechcela zmieriť s tým, že jej snúbenec trávi celý čas v laboratóriu, a prerušila zasnúbenie. Hall našiel útechu v rodnej vysokej škole, kde pôsobil do konca života. Ako napísal Charlesov brat: "Vysoká škola bola jeho manželkou, deťmi a všetkým, po celý jeho život." Hall tiež odkázal kolégiu väčšinu svojho dedičstva – 5 miliónov dolárov Hall zomrel na leukémiu vo veku 51 rokov.

Hallova metóda umožnila získať relatívne lacný hliník pomocou elektriny vo veľkom meradle. Ak sa od roku 1855 do roku 1890 získalo len 200 ton hliníka, tak v priebehu nasledujúceho desaťročia sa podľa Hallovej metódy na celom svete získalo 28 000 ton tohto kovu! Do roku 1930 dosiahla svetová ročná produkcia hliníka 300 000 ton. Teraz sa ročne vyrobí viac ako 15 miliónov ton hliníka. V špeciálnych kúpeľoch pri teplote 960–970 °C sa roztok oxidu hlinitého (technický Al 2 O 3) podrobí elektrolýze v roztavenom kryolite Na 3 AlF 6, ktorý sa čiastočne ťaží vo forme minerálu a čiastočne špeciálne syntetizované. Na dne vane (katódy) sa hromadí tekutý hliník, kyslík sa uvoľňuje na uhlíkových anódach, ktoré postupne vyhoria. Pri nízkom napätí (asi 4,5 V) spotrebúvajú elektrolyzéry obrovské prúdy - až 250 000 A! Jeden elektrolyzér vyrobí za deň asi tonu hliníka. Výroba si vyžaduje veľké množstvo elektriny: na výrobu 1 tony kovu sa spotrebuje 15 000 kilowatthodín elektriny. Toto množstvo elektriny spotrebuje veľký 150-bytový dom na celý mesiac. Výroba hliníka je pre životné prostredie nebezpečná, pretože atmosférický vzduch je znečistený prchavými zlúčeninami fluóru.

Použitie hliníka.

Dokonca D.I.Mendeleev napísal, že "kovový hliník, ktorý má veľkú ľahkosť a pevnosť a nízku variabilitu na vzduchu, je pre niektoré výrobky veľmi vhodný." Hliník je jedným z najbežnejších a najlacnejších kovov. Bez nej je ťažké si predstaviť moderný život. Niet divu, že hliník je nazývaný kovom 20. storočia. Dobre sa hodí na spracovanie: kovanie, razenie, valcovanie, ťahanie, lisovanie. Čistý hliník je pomerne mäkký kov; vyrábajú sa z nej elektrické vodiče, konštrukčné diely, potravinová fólia, kuchynské náčinie a "strieborná" farba. Tento krásny a ľahký kov má široké využitie v stavebníctve a leteckej technike. Hliník veľmi dobre odráža svetlo. Preto sa používa na výrobu zrkadiel - ukladaním kovov vo vákuu.

V letectve a strojárstve, pri výrobe stavebných konštrukcií sa používajú oveľa tvrdšie zliatiny hliníka. Jednou z najznámejších je zliatina hliníka s meďou a horčíkom (dural, alebo jednoducho „dural“; názov pochádza z nemeckého mesta Düren). Táto zliatina po vytvrdnutí získava špeciálnu tvrdosť a stáva sa asi 7-krát pevnejšou ako čistý hliník. Zároveň je takmer trikrát ľahší ako železo. Získava sa legovaním hliníka s malými prídavkami medi, horčíka, mangánu, kremíka a železa. Rozšírené sú siluminy - odlievacie zliatiny hliníka s kremíkom. Vyrábajú sa aj vysokopevnostné, kryogénne (mrazuvzdorné) a žiaruvzdorné zliatiny. Ochranné a dekoratívne nátery sa ľahko nanášajú na výrobky vyrobené zo zliatin hliníka. Ľahkosť a pevnosť hliníkových zliatin sa osvedčila najmä v leteckej technike. Napríklad vrtule helikoptér sú vyrobené zo zliatiny hliníka, horčíka a kremíka. Pomerne lacný hliníkový bronz (až 11% Al) má vysoké mechanické vlastnosti, je stabilný v morskej vode a dokonca aj v zriedenej kyseline chlorovodíkovej. Z hliníkového bronzu sa v ZSSR v rokoch 1926 až 1957 razili mince v nominálnych hodnotách 1, 2, 3 a 5 kopejok.

V súčasnosti sa štvrtina všetkého hliníka využíva na stavebné potreby, rovnaké množstvo spotrebuje dopravné strojárstvo, približne 17 % sa minie na obalové materiály a plechovky, 10 % – v elektrotechnike.

Hliník tiež obsahuje veľa horľavých a výbušných zmesí. Alumotol, liata zmes trinitrotoluénu s hliníkovým práškom, je jednou z najsilnejších priemyselných trhavín. Ammonal je výbušná látka pozostávajúca z dusičnanu amónneho, trinitrotoluénu a hliníkového prášku. Zápalné kompozície obsahujú hliník a oxidačné činidlo - dusičnan, chloristan. Pyrotechnické kompozície "Zvezdochka" obsahujú aj práškový hliník.

Zmes hliníkového prášku s oxidmi kovov (termit) sa používa na získanie určitých kovov a zliatin, na zváranie koľajníc, v zápalnej munícii.

Hliník našiel praktické využitie aj ako raketové palivo. Úplné spálenie 1 kg hliníka vyžaduje takmer štyrikrát menej kyslíka ako 1 kg petroleja. Okrem toho sa hliník môže oxidovať nielen voľným kyslíkom, ale aj kyslíkom viazaným, ktorý je súčasťou vody alebo oxidu uhličitého. Pri „spaľovaní“ hliníka vo vode sa na 1 kg výrobkov uvoľní 8800 kJ; to je 1,8-krát menej ako pri spaľovaní kovu v čistom kyslíku, ale 1,3-krát viac ako pri spaľovaní na vzduchu. To znamená, že namiesto nebezpečných a drahých zlúčenín ako oxidačné činidlo pre takéto palivo možno použiť obyčajnú vodu. Myšlienku použitia hliníka ako paliva navrhol už v roku 1924 ruský vedec a vynálezca F.A. Zander. Podľa jeho plánu môžu byť hliníkové prvky kozmickej lode použité ako dodatočné palivo. Tento odvážny projekt ešte nebol prakticky zrealizovaný, no väčšina v súčasnosti známych pevných raketových palív obsahuje hliníkový kov vo forme jemne rozomletého prášku. Pridanie 15% hliníka do paliva môže zvýšiť teplotu produktov spaľovania o tisíc stupňov (z 2200 na 3200 K); výrazne sa zvyšuje aj rýchlosť výfukových plynov z dýzy motora - hlavný energetický ukazovateľ, ktorý určuje účinnosť raketového paliva. V tomto ohľade môžu hliníku konkurovať iba lítium, berýlium a horčík, ale všetky sú oveľa drahšie ako hliník.

Široko používané sú aj zlúčeniny hliníka. Oxid hlinitý je žiaruvzdorný a brúsny (šmirgľový) materiál, surovina na výrobu keramiky. Vyrábajú sa z neho aj laserové materiály, hodinové ložiská, šperky z kameňov (umelé rubíny). Kalcinovaný oxid hlinitý je adsorbent na čistenie plynov a kvapalín a katalyzátor mnohých organických reakcií. Bezvodý chlorid hlinitý je katalyzátorom organickej syntézy (Friedel-Craftsova reakcia), východiskovým materiálom na získanie vysoko čistého hliníka. Síran hlinitý sa používa na čistenie vody; reakcia s hydrogénuhličitanom vápenatým v ňom obsiahnutým:

Al 2 (SO 4) 3 + 3Ca (HCO 3) 2 ® 2AlO (OH) + 3CaSO 4 + 6CO 2 + 2H 2 O, tvorí oxido-hydroxidové vločky, ktoré usadzovaním, zachytávaním a sorbovaním na povrchu umiestnenom v vo vode suspendované nečistoty a dokonca aj mikroorganizmy. Okrem toho sa síran hlinitý používa ako moridlo na farbenie látok, na opaľovanie kože, konzervovanie dreva a glejenie papiera. Hlinitan vápenatý je súčasťou spojív vrátane portlandského cementu. Ytriový hliníkový granát (YAG) YAlO 3 je laserový materiál. Nitrid hliníka je žiaruvzdorný materiál pre elektrické pece. Syntetické zeolity (patria medzi hlinitokremičitany) sú adsorbenty v chromatografii a katalyzátory. Organohlinité zlúčeniny (napríklad trietylhliník) sú súčasťou katalyzátorov Ziegler-Natta, ktoré sa používajú na syntézu polymérov vrátane vysokokvalitného syntetického kaučuku.

Iľja Leenson

Literatúra:

Tichonov V.N. Analytická chémia hliníka. M., "Veda", 1971
Populárna knižnica chemických prvkov. M., "Veda", 1983
Craig N.C. Charles Martin Hall a jeho Metall. J.Chem.Educ. 1986, roč. 63, č. 7
Kumar V., Milewski L. Charles Martin Hall a Veľká hliníková revolúcia. J. Chem. Educ., 1987, zv. 64, č.8