ALUMIINIUM

Alumiinium, keemiline element aatomnumbriga 13 ja sümboliga Al. See on hõbedane, plastiline metall. Looduses leidub seda üldiselt boksiidimaagina ja on tuntud oma suurepärase oksüdatsioonikindluse poolest. Selle takistuse aluseks on selle passiivsus. Seda kasutatakse miljonite erinevate toodete valmistamisel paljudes tööstusharudes ja sellel on maailmamajanduses väga oluline koht. Alumiiniumist valmistatud konstruktsioonikomponendid on kosmosetööstuse jaoks asendamatud. See leiab laialdast kasutusala transpordi- ja ehitustööstuses, mis nõuab kergust ja kõrgeid tugevusomadusi.

 

ALUMIINIUM FUNKTSIOONID

Alumiinium on pehme ja kerge, tuhmi hõbedase värviga metall. See värv tuleb õhukesest oksiidikihist, mis tekib sellele õhuga kokkupuutel. Alumiinium on mittetoksiline ja mittemagnetiline. See ei tekita sädet. Kui puhta alumiiniumi tõmbetugevus on umbes 49 megapaskalit (MPa), siis legeerimisel tõuseb see väärtus 700 MPa-ni. Selle tihedus on umbes kolmandik terase või vase tihedusest. Seda saab kergesti sepistada, töödelda ja valada. Sellel on väga head korrosiooniomadused, kuna sellele moodustunud oksiidikiht on kaitsev. Elektrijuhtivus on 64,94% IACS (puhas Al 2 °C juures). Selle sulamistemperatuur on 660 °C ja keemistemperatuur on 2519 °C.

 

ALUMIINIUMAJALUGU

Vanad kreeklased ja roomlased kasutasid alumiiniumisoolasid (æljʊˈmɪniəm) värvainete värvide fikseerimiseks ja veresulgurina. Maarja kasutatakse veresulgurina ja vasokonstriktorina ka tänapäeva meditsiinis.

Kuigi Friedrich Wöhler on teadaolevalt esimene inimene, kes 1827. aastal veevaba alumiiniumkloriidi kaaliumiga segades alumiiniumi lagundab, tootis metalli ebapuhtal kujul kaks aastat tagasi Taani füüsik ja keemik Hans Christian Øersted. Seetõttu mainitakse Øerstedi nime almanahhides ja keemiaalases kirjanduses alumiiniumi avastajana. Prantsuslane Henri Saint-Claire Deville täiustas Wöhleri ​​meetodit 1846. aastal, kasutades kallima kaaliumi asemel naatriumi.

1886. aastal taotles ameeriklane Charles Martin Hall patenti (patendinumber: 400655) alumiiniumi tootmiseks elektrolüütilise protsessiga ja samal aastal töötas prantslane Paul Héroult välja sama tehnika Euroopas, olles Halli leiutisest täiesti teadlik. Sel põhjusel on kahe teadlase järgi nime saanud Hall-Heroulti protsess tänapäeval põhimeetod, mida kogu maailmas kasutatakse selle maagist alumiiniumi eraldamisel.

USA-s Washingtoni monumendi tipu ehitamisel otsustati kasutada alumiiniumi ning ligikaudu 30 grammi alumiiniumi maksumus oli tollal võrdne selle projekti kallal töötava töötaja kahekordse päevapalgaga.

Vahetult pärast Adolf Hitleri võimuletulekut tõusis Saksamaa alumiiniumi tootmise liidriks maailmas. Uute hüdroelektrijaamade projektide käivitamine USA-s (näiteks Grand Coulee tamm) andis aga 1942. aastal USA-le eelise, millega Natsi-Saksamaa hakkama ei saanud. See paremus on ilmnenud alumiiniumi tootmises, millest piisab nelja aasta jooksul 60 000 sõjalennuki valmistamiseks.

 

Alumiiniumi olemasolu looduses

Kuigi maapõues leidub teda ohtralt (7,5-8,1%), on ta vabal kujul väga haruldane ning seetõttu peeti teda kunagi kullast isegi väärtuslikumaks. Alumiiniumi kaubandusliku tootmise ajalugu on veidi üle 100 aasta vana.

Alumiinium oli metall, mida oli väga raske oma maagist eraldada aastatel, mil see esmakordselt avastati. Alumiinium on üks raskemini rafineeritavaid metalle. Põhjus on selles, et see oksüdeerub väga kiiresti, see moodustunud oksiidikiht on väga stabiilne ja erinevalt rauas sisalduvast roostest ei kooru see pinnalt maha.

Vanametallist alumiiniumi taaskasutamine on muutunud tänapäeva alumiiniumitööstuse oluliseks komponendiks. Taaskasutusprotsess seisneb lihtsalt metalli ümbersulatamises.See põhineb mündil, mis on palju säästlikum kui selle maagist metalli tootmine. Alumiiniumi rafineerimiseks kulub väga palju elektrienergiat, taaskasutusprotsess aga 5% tootmiseks kuluvast energiast. Taaskasutusprotsessi on praktiseeritud alates 1900. aastate algusest ja see pole uus. 1960. aastate lõpuni madala profiiliga tegevusena jätkunud taaskasutusnähtus tõusis intensiivsemalt päevakorda, kui hakati valmistama alumiiniumist joogipurke. Muude ringlussevõetud alumiiniumi allikate hulka kuuluvad autoosad, aknad ja uksed, seadmed ja mahutid.

Alumiinium on reaktiivne metall ja selle maagist (alumiiniumoksiid, Al₂O₃) on seda väga raske taastada. Tootmine toimub 2 meetodil. Esimene on Bayeri meetod ja teine ​​on otsene redutseerimine süsinikuga. Kuna alumiiniumoksiidi sulamistemperatuur on umbes 2000 °C, pole see kaugeltki ökonoomne. Seetõttu saadakse alumiinium elektrolüüsimeetodil. Selle meetodi puhul lahustatakse alumiiniumoksiid sulas krüoliidis ja redutseeritakse seejärel puhtaks metalliks. Selle meetodi puhul on redutseerimiselementide töötemperatuur umbes 950–980 °C. Krüoliit on Gröönimaa saarel leiduv looduslik mineraal, kuid see on valmistatud sünteetiliselt alumiiniumi tootmiseks. Krüoliit on alumiinium- ja naatriumfluoriidide segu ning selle valem on Na₃AlF₆. Alumiiniumoksiidi (valge pulber) saadakse punase boksiidi rafineerimisel, kuna see sisaldab ligikaudu 30-40% rauda. Selle tehingu nimi on Bayeri tehing ja see on asendanud varem kasutatud Deville’i tehingu.

Elektrolüüsimeetodil, mis asendab Wöhleri ​​protsessi, on mõlemad elektroodid valmistatud süsinikust. Kui maak on sulanud, hakkavad ioonid vabalt ringlema. Reaktsioon negatiivsele elektroodile (katoodile):

Võtke³⁺ + 3e^– → Võtke

näitab, et alumiiniumioon on vähenenud elektronide juurdekasvu tõttu. Alumiiniummetall vajub seejärel vedelal kujul raku põhja ja sifoonitakse sealt välja.

Teisest küljest moodustub positiivsel elektroodil (anoodil) gaas hapnik:

2O^2- → O₂ + 4e^–

Anoodi süsinik on selle hapnikuga oksüdeerumisel ammendunud ja seetõttu tuleb seda korrapäraste ajavahemike järel uuendada.

O₂ + C → CO₂

Erinevalt anoodidest katoodid elektrolüüsi käigus ei tühjene, kuna katoodil ei pääse hapnik välja. Katoodi süsinik peab olema kaitstud, kuna see on elemendi sees kaetud vedela alumiiniumiga. Teisest küljest on katoodid elektrokeemiliste protsesside tõttu erosiooni all. Sõltuvalt elektrolüüsil kasutatavast voolust tuleb rakke täielikult uuendada iga 5-10 aasta tagant.

Kuigi alumiiniumi elektrolüüs Hall-Héroult protsessiga kulutab palju elektrienergiat, ei ole alternatiivsed meetodid kaugeltki majanduslikult ja ökoloogiliselt elujõulised. Kogu maailmas on keskmine energia eritarbimine umbes 15±0,5 kilovatt-tundi kg Al (52-56 MJ/kg) kohta. Kaasaegsetes tehastes on see näitaja umbes 12,8 kWh/kg (46,1 MJ/kg). Kui vanade tehnoloogiate puhul oli redutseerimisliini poolt kantud elektrivool 100-200 kA, siis tänapäevastes rajatistes tõusis see väärtus 350 kA-ni ning teadaolevalt on katseuuringuid tehtud 500 kA elementides.

Alumiiniumi tootmiskuludest moodustab elekter olenevalt objekti asukohast 20-40%. Sel põhjusel kipuvad alumiiniumi tootvad ettevõtted asuma piirkondade lähedal, kus elektrienergiat on külluses ja odav, nagu Lõuna-Aafrika, Uus-Meremaa Lõunasaar, Austraalia, Hiina, Lähis-Ida, Venemaa, Island, Kanada Québec.

2004. aasta seisuga on Hiina alumiiniumi tootmises maailmas liider.

 

 

Alumiiniumist ettevaatusabinõud

Alumiiniumil ei ole elusrakkudele kasulikku toimet täheldatud. Mõnel inimesel võib tekkida kontaktdermatiit (nahapõletik), mida võib põhjustada mis tahes alumiiniumi vorm, stüüpiline (vere peatamine) või sügelev lööve higistamisvastaste toodete kasutamisel, seedehäired, mis on põhjustatud alumiiniumpotis küpsetatud toidu söömisest ja toitainete imendumine ja Rolaids, Amphojel ja antatsiidsete (antatsiidi) ravimite, nagu Maalox, kasutamisel võib see põhjustada allergilisi reaktsioone mürgistusnähtude, näiteks oksendamise kujul. Kuigi alumiinium ei ole teistele nii mürgine kui raskmetallid ning alumiiniumist nõude kasutamine (eelistatakse selle kõrge korrosioonikindluse ja hea soojusjuhtivuse tõttu) ei ole üldiselt alumiiniumimürgitust põhjustanud, võib suurtes annustes ilmneda mürgistusnähud. Alumiiniumiühendeid sisaldavate antatsiidide liigne tarbimine ja alumiiniumi sisaldavate antiperspirantide liigne kasutamine võib põhjustada mürgistust. Kuigi on väidetud, et alumiinium põhjustab Alzheimeri tõbe, on see uuring täielikvastupidi, on ümber lükatud, et Alzheimeri tõve tekitatud kahjustused põhjustavad alumiiniumi kogunemist organismi. Kokkuvõtteks võib öelda, et alumiiniumimürgistuse korral peab see toimuma väga spetsiifilise mehhanismi abil. Sest kogu inimese elu jooksul on mullas leiduva loodusliku savimineraali kontakt selles oleva alumiiniumiga juba piisavalt kõrge.

On vaja vältida alumiiniumi kokkupuudet mõne kemikaaliga, mis põhjustab selle kiiret korrodeerumist. Näiteks alumiiniumitüki pinnale langenud väga väike kogus elavhõbedat läbistab kergesti kaitsva alumiiniumoksiidi kihi ja mõne tunni jooksul võivad isegi hiiglaslikud konstruktsioonitalad oluliselt nõrgeneda. Sel põhjusel ei luba paljud lennufirmad elavhõbedatermomeetreid, kuna alumiiniumil on oluline koht lennukite konstruktsioonis.

Faktid

Avastamise kuupäev: 1825
Avastas Hans Christian Oersted
Nime päritolu: ladinakeelsest sõnast alumen
Kasutusalad:  lennukid, soodapurgid
Väljund: boksiit

Alumiiniumikeemia

Oksüdatsioonietapp

• Alumiinium Kui kuumutada vesiniku atmosfääris temperatuurini 1500 °C, tekib AlH.</li >
• Tavaline alumiiniumoksiid (Al₂O₃) 2O tekib siis, kui >räni kuumutatakse vaakumis temperatuuril 1800 °C.

• Al₂S saadakse alumiiniumlaastudega

• Al₂S₃ kuumutamisel vaakumis temperatuuril 1300 °C. See aga laguneb kiiresti lähteaineteks. Sarnaselt valmistatakse ka kahevalentset seleeni.
• Kolmevalentsed halogeniidid -AlF- -AlCl- ja -AlBr- on alumiiniumiga kuumutamisel saadavad gaasifaasis.

Põhiteave

Nimi: Alumiinium
Sümbol: Võta vastu
Aatomnumber: 13
Aatommass: 26,981539 amu
Sulamistemperatuur: 660,37 °C (933,52 K, 1220,666 °F)
Keemistemperatuur: 2467,0 °C (2740,15 K, 4472,6 °F)
Prootonite/elektronide arv: 13
Neutronite arv: 14
Klassifikatsioon: muud metallid
Kristallstruktuur: Kuup
Tihedus @ 293 K: 2,702 g / cm ³
Värv: hõbe
Briti õigekiri: alumiinium
IUPAC-i õigekiri: alumiinium

Aatomi struktuur

Energiatasemete arv: 3 Esimene energiatase: 2 Teine energiatase: 8 Kolmas energiatase: 3

 

Isotoobid

Isotoop	Poolväärtusaeg
Al-26	730000,0 aastat
Al-27	Stabiilne
Al-28	2,3 minutit

Oksüdatsioonietapp

• Alumiiniumoksiidi (AlO) olemasolu saab näidata alumiiniumipulbri põletamisel hapnikuga.

Oksüdatsioonietapp

• • Fajansi reegel näitab, et lihtsat kolmevalentset katiooni (Al³⁺) ei leidu veevabades soolades ega kahekomponentsetes ühendites, nagu Al₂O_{3< /sub>. Hüdroksiid on nõrk alus ja alumiiniumsooli, mis on nõrgad alused, nagu karbonaat, ei saa valmistada. Tugevad happesoolad, nagu nitraat, on stabiilsed ja vees lahustuvad. Nad moodustavad vähemalt kuue molekuliga hüdraate.}
  • Alumiiniumhüdriidi (AlH₃)_n saab toota trimetüülalumiiniumi ja liigse hapnikuga. See põleb õhus plahvatuslikult. Seda saab valmistada ka alumiiniumkloriidi töötlemisel liitiumhüdriidiga eetrilahuses. Seda ei saa aga lahustist eraldada.
  • Alumiiniumkarbiidi (Al₄C₃) saab toota elementide segu kuumutamisel üle 1000 °C. Selle helekollastel kristallidel on keeruline võre struktuur janad annavad lahjendatud happega metaani. Atsetüliidi (Al₂(C₂)₃) toodetakse atsetüleeni juhtimisel üle kuumutatud alumiiniumi.
  • Alumiiniumnitriidi (AlN) saab selle elementidest toota temperatuuril 800 °C. See hüdrolüüsib veega, andes ammoniaagi ja alumiiniumhüdroksiidi.
  • Alumiiniumfosfiid (AlP) valmistatakse sarnaselt ja hüdrolüüsub, saades fosfiini.
  • Alumiiniumoksiid (Al₂O₃) esineb looduses korundina ja seda saadakse alumiiniumi põletamisel hapnikuga või selle hüdroksiidi, nitraadi või sulfaadi kuumutamisel. Vääriskivina tuleb selle kõvadus pärast teemanti, boornitriidi ja karborundi. Vees peaaegu lahustumatu.
  • Alumiiniumhüdroksiidi võib saada želatiinse sadena, lisades alumiiniumsoola vesilahusele ammoniaaki. See on amfoteerne; See on nii väga nõrk hape kui ka teeb aluminaate leelistega. See eksisteerib erinevates kristallivormides.
  • Alumiiniumsulfiidi (Al₂S₃) saab toota vesiniksulfiidi juhtimisel alumiiniumipulbrile. See on polümorfne.
  • Alumiiniumfluoriidi (AlF₃) toodetakse elementidest või elementidest, töödeldes selle hüdroksiidi HF-ga. Sellel on hiiglaslik molekulaarstruktuur, mis läheb 1291 °C juures sulamata gaasifaasi. See on väga inertne. Teised kolmevalendid on dimeersed ja sillataolised.

On metallorgaanilisi ühendeid

• empiirilise valemiga AlR₃ ja need on vähemalt dimeersed või trimeersed, kui mitte hiiglaslikud molekulid. Neid kasutatakse orgaanilise sünteesi valdkonnas (näiteks trimetüülalumiinium).
• Alumiiniumhüdriidid on kõige elektropositiivsemad teadaolevad struktuurid. Kõige kasulikum neist on liitiumalumiiniumhüdriid (Li[AlH₄]). Kuumutamisel laguneb liitiumhüdriid alumiiniumiks ja vesinikuks ning hüdrolüüsub veega. Sellel on orgaanilises keemias palju kasutusalasid. Ka alumiiniumhalogeniididel on sarnane struktuur.

Kasuta välju

Kuna alumiinium on metall, mis jahtub kergesti ja neelab soojust, leiab see külmutustööstuses laialdase koha. See on metall, mida kasutatakse paljudes sektorites, kuna see on vasest odavam ja kättesaadavam, kergesti töödeldav ja pehme.

Alumiiniumi kasutatakse tavaliselt jahutite, prožektorite, köögiriistade ja kergete sõidukite (lennukid, jalgrattad, automootorid, mootorrattad jne) tootmiseks. Lisaks on alumiinium, mis on tööstuses oluline materjal, metall, millega me igapäevaelus alati kokku puutume.

Teine alumiiniumi kasutusvaldkond on asünkroonsed mootorid. Puhast alumiiniumi (~99,7% Al) kasutatakse asünkroonmootorite rootori tootmisel survevalu meetodil. Selle kerge kaal, odavus ja suhteliselt hea elektrijuhtivus (~59-60% IACS) võrreldes vasega võimaldavad alumiiniumil hõivata asünkroonmootoritööstuses laia koha.^{< /sup>}

Alumiiniumist nimi

Ingliskeelsetes riikides on tavaline, et nime kirjutatakse ja hääldatakse nii alumiinium kui ka alumiinium. alumiinium pole USA-s hästi tuntud ja enamasti on see alumiinium. Teistes riikides väljaspool USA-d on olukord vastupidine ja sõna alumiinium kirjapilt on paremini tuntud. Mõlemad kirjaviisid on aga Kanadas levinud.

Teistes riikides peale inglise keele on sõna “ium” kirjapilt tavalisem. Nii saksa kui ka prantsuse keeles on sõna alumiinium.

Organisatsioon “International Union of Pure and Applied Chemistry” (IUPAC) kiitis 1990. aastal heaks alumiiniumi kasutamise maailmastandardina. Kolm aastat hiljem kinnitas ta aga sõna alumiinium vastuvõetava terminina.

Mla tsitaat: <http://www.chemicalelements.com/elements/al.html>.

Lisateabe saamiseks Wikipadia

 

 

Alumiiniumi ajalugu

 

Vanad kreeklased ja roomlased kasutasid alumiiniumisoolasid (æljʊˈmɪniəm) värvainete värvide fikseerimiseks ja veresulgurina. Maarja kasutatakse veresulgurina ja vasokonstriktorina ka tänapäeva meditsiinis.

Kuigi on teada, et Friedrich Wöhler oli 1827. aastal esimene inimene, kes lagundas alumiiniumi veevaba alumiiniumkloriidi ja kaaliumi segamisel, tootis metalli ebapuhtal kujul kaks aastat tagasi Taani füüsik ja keemik Hans Christian Ørsted. Seetõttu mainitakse almanahhides ja keemiaalases kirjanduses Øerstedi nime kui isikut, kes avastas alumiiniumi. Prantslane Henri Saint-Claire Deville, 1846, Wöhler’s meetod, naatriumi asemel kallim