Свойства алюминия и его применение – |

alexxlab | 05.05.2020 | 0 | Вопросы и ответы

Свойства алюминия и области применения в промышленности и быту

Федеральное агентство по образованию РФ

Государственный технологический университет

“Московский институт стали и сплавов”

Российская олимпиада школьников

“Инновационные технологии и материаловедение”

II-й этап: Научно-творческий конкурс

Направление (профиль):

“Материаловедение и технологии новых материалов”

РЕФЕРАТ

на тему:

“Свойства алюминия и области применения в промышленности и быту “

Работу выполнил:

Зайцев Виктор Владиславович

Москва, 2009

Содержание

1. Введение

1.1 Общее определение алюминия

1.2 История получения алюминия

2. Классификация алюминия по степени чистоты и его механические свойства

3. Основные легирующие элементы в алюминиевых сплавах и их функции

4. Применение алюминия и его сплавов в промышленности и быту

4.1 Авиация

4.2 Судостроение

4.3 Железнодорожный транспорт

4.4 Автомобильный транспорт

4.5 Строительство

4.6 Нефтяная и химическая промышленность

4.7 Алюминевая посуда

5. Заключение

5.1. Алюминий – материал будущего

6. Список используемой литературы

В своём реферате на тему ”Свойства алюминия и области применения в промышленности и быту” я хотел бы указать на особенность этого металла и его превосходство перед другими. Весь мой текст является доказательством того, что алюминий метал будущего и без него будет трудным наше дальнейшее развитие.

Алюминий ( лат. Aluminium, от alumen – квасцы) – химический элемент III гр. периодической системы, атомный номер 13, атомная масса 26,98154. Серебристо-белый металл, легкий, пластичный, с высокой электропроводностью, tпл = 660 °С. Химически активен (на воздухе покрывается защитной оксидной пленкой). По распространенности в природе занимает 3-е место среди элементов и 1-е среди металлов (8,8% от массы земной коры). По электропроводности алюминий – на 4-м месте, уступая лишь серебру (оно на первом месте), меди и золоту, что при дешевизне алюминия имеет огромное практическое значение. Алюминия вдвое больше, чем железа, и в 350 раз больше, чем меди, цинка, хрома, олова и свинца вместе взятых. Его плотность равна всего 2,7*10

3кг/м ³ . Алюминий имеет решётку гранецентрированного куба, устойчив при температурах от – 269 °С до точки плавления (660 °С). Теплопроводность составляет при 24°С 2,37 Вт×см^-1 ×К^-1 . Электросопротивление алюминия высокой чистоты (99,99%) при 20°С составляет 2,6548×10^-8 Ом×м, или 65% электросопротивления международного эталона из отожжённой меди. Отражательная способность полированной поверхности составляет более 90%.

Документально зафиксированное открытие алюминия произошло в 1825. Впервые этот металл получил датский физик Ганс Христиан Эрстед, когда выделил его при действии амальгамы калия на безводный хлорид алюминия (полученный при пропускании хлора через раскаленную смесь оксида алюминия с углем). Отогнав ртуть, Эрстед получил алюминий, правда, загрязненный примесями. В 1827 немецкий химик Фридрих Вёлер получил алюминий в виде порошка восстановлением гексафторалюмината калием. Современный способ получения алюминия был открыт в 1886 молодым американским исследователем Чарльзом Мартином Холлом. (С 1855 до 1890 было получено лишь 200 тонн алюминия, а за следующее десятилетие по методу Холла во всем мире получили уже 28000т. этого металла) Алюминий чистотой свыше 99,99% впервые был получен электролизом в 1920г. В 1925 г. в работе Эдвардса опубликованы некоторые сведения о физических и механических свойствах такого алюминия. В 1938г. Тэйлор, Уиллей, Смит и Эдвардс опубликовали статью, в которой приведены некоторые свойства алюминия чистотой 99,996%, полученного во Франции также электролизом. Первое издание монографии о свойствах алюминия вышло в свет в 1967г. Еще недавно считалось, что алюминий как весьма активный металл не может встречаться в природе в свободном состоянии, однако в 1978г. в породах Сибирской платформы был обнаружен самородный алюминий – в виде нитевидных кристаллов длиной всего 0,5 мм (при толщине нитей несколько микрометров). В лунном грунте, доставленном на Землю из районов морей Кризисов и Изобилия, также удалось обнаружить самородный алюминий. Предполагают, что металлический алюминий может образоваться конденсацией из газа. При сильном повышении температуры галогениды алюминия разлагаются, переходя в состояние с низшей валентностью металла, например, AlCl. Когда при понижении температуры и отсутствии кислорода такое соединение конденсируется, в твердой фазе происходит реакция диспропорционирования: часть атомов алюминия окисляется и переходит в привычное трехвалентное состояние, а часть – восстанавливается. Восстановиться же одновалентный алюминий может только до металла: 3AlCl > 2Al + AlCl

3 . В пользу этого предположения говорит и нитевидная форма кристаллов самородного алюминия. Обычно кристаллы такого строения образуются вследствие быстрого роста из газовой фазы. Вероятно, микроскопические самородки алюминия в лунном грунте образовались аналогичным способом.

В последующие годы благодаря сравнительной простоте получения и привлекательным свойствам опубликовано много работ о свойствах алюминия. Чистый алюминий нашёл широкое применение в основном в электронике – от электролитических конденсаторов до вершины электронной инженерии – микропроцессоров; в криоэлектронике, криомагнетике. Более новыми способами получения чистого алюминия являются метод зонной очистки, кристаллизация из амальгам (сплавов алюминия со ртутью) и выделение из щёлочных растворов. Степень чистоты алюминия контролируется величиной электросопротивления при низких температурах. В настоящее время используется следующая классификация алюминия по степени чистоты:

Механические свойства алюминия при комнатной температуре:

Чистый алюминий – довольно мягкий металл – почти втрое мягче меди, поэтому даже сравнительно толстые алюминиевые пластинки и стержни легко согнуть, но когда алюминий образует сплавы (их известно огромное множество), его твердость может возрасти в десятки раз. Наиболее широко применяются:

Бериллий добавляется для уменьшения окисления при повышенных температурах. Небольшие добавки бериллия (0,01 – 0,05%) применяют в алюминиевых литейных сплавах для улучшения текучести в производстве деталей двигателей внутреннего сгорания (поршней и головок цилиндров).

Бор вводят для повышения электропроводимости и как рафинирующую добавку. Бор вводится в алюминиевые сплавы, используемые в атомной энергетике (кроме деталей реакторов), т.к он поглощает нейтроны, препятствуя распространению радиации. Бор вводится в среднем в количестве 0,095 – 0,1%.

Висмут. Металлы с низкой температурой плавления, такие как висмут, свинец, олово, кадмий вводят в алюминиевые сплавы для улучшения обрабатываемости резанием. Эти элементы образуют мягкие легкоплавкие фазы, которые способствуют ломкости стружки и смазыванию резца.

Галлий добавляется в количестве 0,01 – 0,1% в сплавы, из которых далее изготавливаются расходуемые аноды.

Железо. В малых количествах (»0,04%) вводится при производстве проводов для увеличения прочности и улучшает характеристики ползучести. Так же железо уменьшает прилипание к стенкам форм при литье в кокиль.

Индий. Добавка 0,05 – 0,2% упрочняют сплавы алюминия при старении, особенно при низком содержании меди. Индиевые добавки используются в алюминиево-кадмиевых подшипниковых сплавах.

Примерно 0,3% кадмия вводят для повышения прочности и улучшения коррозионных свойств сплавов.

Кальций придаёт пластичность. При содержании кальция 5% сплав обладает эффектом сверхпластичности.

Кремний является наиболее используемой добавкой в литейных сплавах. В количестве 0,5 – 4% уменьшает склонность к трещинообразованию. Сочетание кремния с магнием делают возможным термоуплотнение сплава.

Магний. Добавка магния значительно повышает прочность без снижения пластичности, повышает свариваемость и увеличивает коррозионную стойкость сплава.

Медь упрочняет сплавы, максимальное упрочнение достигается при содержании меди 4 – 6%. Сплавы с медью используются в производстве поршней двигателей внутреннего сгорания, высококачественных литых деталей летательных аппаратов.

Олово улучшает обработку резанием.

Титан. Основная задача титана в сплавах – измельчение зерна в отливках и слитках, что очень повышает прочность и равномерность свойств во всём объёме.

Алюминий – один из самых распространенных и дешевых металлов. Без него трудно представить себе современную жизнь. Недаром алюминий называют металлом 20 века. Он хорошо поддается обработке: ковке, штамповке, прокату, волочению, прессованию. Чистый алюминий – довольно мягкий металл; из него делают электрические провода, детали конструкций, фольгу для пищевых продуктов, кухонную утварь и “серебряную” краску. Этот красивый и легкий металл широко используют в строительстве и авиационной технике. Алюминий очень хорошо отражает свет. Поэтому его используют для изготовления зеркал – методом напыления металла в вакууме.

mirznanii.com

Алюминий – свойства и сферы применения

Без использования алюминия невозможно было бы создать современных сооружений, мощных и легких машин, сверхбыстрых ракет и самолетов, а также предметов быта.

Свойства алюминия

Al от латинского Aluminium – лёгкий парамагнитный металл, серебристо-белого цвета, плотностью 2712 кг/м³, легко поддающийся формовке, литью и механической обработке. Металл с повышенной тепло- и электропроводностью, и стойкостью к коррозии, за счёт образования оксидной защищающей плёнки Al2O3. Температура плавления технического алюминия 658°C, с повышенной чистотой 660°C. Сопротивление литого алюминия 10-12 кг/мм², деформируемого 18-25 кг/мм², сплавов 38-42 кг/мм². Пластичность технического алюминия 35%, а чистого 50%, металл прокатывается в тонкий лист и даже фольгу. Алюминиевый прокат с повышенной электропроводностью 37·10

6 cм/м и теплопроводностью 203,5 Вт/(м·К), с повышенной светоотражаемостью.

Сплавы алюминия – массовая доля элементов в %

Область применения алюминия

Широко применяется как конструкционный алюминиевый профиль, при изготовлении кухонной посуды, фольги в пищевой промышленности, и как лента алюминиевая для упаковки. А также в авиационной и авиакосмической промышленности. Недостаток алюминия как конструкционного материала – малая прочность, поэтому для упрочнения алюминий сплавляют с медью и магнием – дюралюминий.

Алюминий применяется в электротехнике для изготовления проводов, экранирования и даже в микроэлектронике при напылении проводников на поверхности кристаллов микросхем. Благодаря комплексу свойств алюминиевая труба круглая широко распространена в тепловом оборудова6нии. Алюминиевая труба профильная используется в строительстве и производственных сборках конструкций и при изготовлении мебели. Сплавы алюминия не приобретают хрупкость при сверхнизких температурах, используется в криогенной технике. Повышенный коэффициент отражения в сочетании с дешевизной и лёгкостью вакуумного напыления делает алюминий оптимальным материалом для изготовления зеркал и как зеркальный алюминиевый лист.

Для декора входных и лестничных конструкций используется лист алюминиевый квинтет. При изготовлении облицовочных, противоскользящих и декоративных покрытий. В автомобилестроении для производства порогов и ступеней. Изготовляется из деформируемых сплавов марок АМг2Н2, АМг2НР и ВД1НР. Листы с матовой поверхностью, чечевичной, ромбической, рифление дуэт, алмаз, квинтет и другие. Толщина материала 1,5 до 4 миллиметров без учета высоты выпуклостей.

Листы алюминиевые применяются в конструкциях, топливной, пищевой и химической промышленностях, также в строительстве и машиностроении. Производиться при помощи горячего, а затем холодного деформирования. Лист производят из сплава алюминия, и покрывают тонким слоем чистого алюминия. Материал обретает особую пластичность, прочность и устойчивость к негативным внешним факторам. Благодаря своим эксплуатационным характеристикам гладкий алюминиевый лист в строительстве чаще всего применяют как изоляционный или отделочный материал.

В авиастроении алюминиевый пруток используется как базовый материал из за своей легкости. Из прутков изготавливают детали силового каркаса самолетов и других узлов. Также алюминиевые прутки востребованы в автомобильной промышленности. Прутки производятся по ГОСТ 4784, ГОСТ 1131, ГОСТ 11069.

В строительной отрасли плита алюминиевая получила широкое применение, при изготовлении окантовок для крыш, которые монтируются на здания. Также при создании декоративных и функциональных элементов архитектурных и строительных конструкций. Подходят для облицовки фасадов.

Алюминиевая проволока применяется главным образом в сварочных работах и электротехники. Также используется в строительстве, машиностроении, пищевой и мебельной промышленности. Как универсальный крепеж, применяется при изготовлении сеток, мебельной фурнитуры, пружин, заклёпок, различных декоративных элементов.

Для изготовления легких и прочных конструкций не заменим уголок алюминиевый. Используется для элементов морских, речных и воздушных судов, комплектующих для автомобилей. Уголок применяют для ограждающих сооружений, декоративных и умеренно нагруженных несущих конструкций. Как заготовка для изготовления деталей посредством последующей обработки. Прочность увеличивается за счет термической обработки, для увеличения срока службы уголок подвергают анодному оксидированию.

В строительной сфере и частности облицовки используется швеллер алюминиевый. Выполняет функцию стыковочного, базового элемента, встречается в различных перемычках, карнизах, дверных и оконных профилях. Конструкции, изготовленные с применением алюминиевого швеллера, отличает высокая жесткость, прочность и легкость. Благодаря пластичности, из него можно создавать инженерные, дизайнерские системы разных форм. Анодированный швеллер обладает высокими электроизоляционными свойствами и не подвержен накапливанию статического заряда, что важно при возведении высотных зданий. Возможно изготавливать конструкции без применения сварки, разборные сооружения, которые можно перенести частично или полностью на другое место. Данная технология, к примеру, используется при создании сезонных или временных складов, построек.

Алюминиевая полоса используется для закрывания соединительных швов между плитами. Как материал для изготовления декоративных элементов в производстве автомобилей, из них штампуют элементы отделки салона. Используется в авиастроении, промышленности и других областях. Полосы обладают водо- и паронепроницаемостью. Не токсичны, можно использовать в сложных климатических условиях. В электротехнике из алюминиевых полос делают экранирующие и токопроводящие изделия.

Прием заявок

Информация по телефонам и электронной почте.

+7(495) 796-69-82    +7(977) 687-25-00

Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

metallrc.ru

Свойства и назначение алюминия

  Алюминий — этот важнейший представитель легких метал­лов, нашел себе исключительно широкое применение в самых разнообразных отраслях современной техники благодаря тому что обладает такими свойствами, как малый удельный вес, вы­сокая электропроводность, достаточная механическая проч­ность и большая коррозионная стойкость по отношению к ря­ду химических веществ.

  Необходимо отметить, что алю­миний более теплопроводен, чем железо, а в отношении элек­тропроводности уступает только серебру и меди. Вместе с тем алюминий легко подвергается обработке давлением, т. е. про­катке, резанию, волочению, ковке.

  Из химических свойств алюминия характерно его большое сродство к кислороду. Благодаря этому на воздухе и в воде поверхность алюминия покрывается тончайшей (толщиной, примерно, 0,00002 см), но плотной прозрачной окисной пленкой (А1₂0з + А1₂0зН₂0). Эта пленка, мгновенно образующаяся вновь при ее разрушении (например царапины), идеально смачивает по­верхность металла и обусловливает его высокую коррозионную стойкость. Однако сила сцепления с металлом в местах нахож­дения примесей (в виде отдельных кристаллов и атомарных включений) сильно понижается, и эти места уязвимы для протыкания электролитов. Поэтому, чем выше чистота алюминия, тем больше его коррозионная стойкость/ Однако в присутствии даже следов ртути на поверхности алюминия оксидная пленка вообще не имеет сцепления с металлом, и в этом случае алю­миний быстро окисляется кислрродом и влагой воздуха, цели­ком превращаясь в окись. Алюминий достаточно легко разру­шается растворами едких щелочей, соляной и серной кислот. По отношению же к концентрированной азотной кислоте, так же как и неорганическим кислотам, алюминий обнаруживает высокую стойкость.

  Исключительно ценным является использование, алюминия в электротехнике для изготовления кабелей, шинопроводов, кон­денсаторов, выпрямителей. Малый вес алюминиевых проводов позволяет осуществлять их подвеску при значительном рассто­янии между опорами, не опасаясь обрыва проводов под вли­янием собственного веса,

  Высокая коррозионная стойкость алюминия делает его в ря­де случаев незаменимым материалом в химическом машино­строении (например, при изготовлении .аппаратуры для произ­водства транспорта и хранения азотной кислоты, а также пи­щевых продуктов).

  Большое значение имеет применение алюминия с целью пре­дохранения (плакирование, алюминиевая краска) металлических поверхностей, подверженных разрушающему действию различ­ных химических веществ и атмосферной коррозии.

  Химической активностью алюминия пользуются для получе­ния трудновосстановимыхо металлов (например хрома, марганца, вольфрама и др.), вытесняя последние (алюминием из их кисло­родных соединений. Такого рода! процессы носят название алюминотермических и составляют особую область ме­таллургии. Алюминотермический процесс применяется также при сваривании железных и стальных деталей, как например, рельсов (термитная сварка). Важное значение имеет применение алюминия в черной металлургии для раскисления стали.

  Разнообразное применение алюминий находит себе в пищевой промышленности (упаковка из фольги, консервные банки, укупорка бутылок и т. д.). Наконец, алюминий и его сплавы широко используются в быту (посуда, мебель т пр.) и для вся­кого рода художественных и декоративных целей.

  В заключение следует особо отметить значение алюминия как стратегического металла.

  Такие отрасли военной техники, как самолетостроение, авиа­строение, судостроение, танкостроение, артиллерия, производ­ство средств связи, а также взрывчатых веществ — требуют применения алюминия и его сплавов.

  Во всех случаях, связанных с передвижением, применение легких алюминиевых сплавов как конструкционного материала позволяет достигнуть значительного снижения собственного ве­са самолетов, кораблей следовательно, повысить их скорость и маневренность – качества, имеющие решающее военнотактическое значение. В первую очередь это очевидно, относится к авиации. Применение же легких алюминиевых сплавов в военно-морском судостроении вместе с тем дает возможность, не увеличивая тоннажа судна, повысить насы­щенность его боевыми средствами.

  В зажигательных (термитных) авиабомбах, снарядах и для осветительных целей (осветительные и сигнальные ракеты) ис­пользуется способность порошкообразного алюминия и его сплавов к быстрому воспламенению, что сопровождается ярким светом и выделением большого количества тепла.

  Существенное значение применение алюминия и его сплавов имеет в саперном деле (для изготовления деталей понтонов, переносных мостков),  а также в походном снаряжении армии (котелки, фляги, термосы).

  Интересно отметить, что первые попытки технического при­менения алюминия в самом начале зарождения алюминиевой промышленности (в середине прошлого столетия) были уже свя­заны со стремлением использовать этот металл для военных це­лей. Однако желание Наполеона III применить для изготовле­ния снаряжения и вооружения французской армии алюминий, стоимость которого тогда почти достигала стоимости драгоцен­ного металла, было в то время, конечно, неосуществимо.

  Только с созданием в конце прошлого столетия современного экономичного способа производства алюминия и изобретения его сплавов, обладающих высокими механическими ка­чествами, применение алюминия для военных нужд стало не только возможным, но и необходимым.

for-engineer.info

Алюминий: применение – Популярная химия

Химический элемент алюминий – лёгкий металл серебристого цвета. Алюминий – самый распространенный в земной коре металл. Физические и химические свойства алюминия позволили ему найти широкое применение в современной промышленности и повседневной жизни.

Химические свойства алюминия

Химическая формула алюминия Аl. Атомный номер 13. Алюминий относится к простым веществам, так как его молекула содержит атом только одного элемента. Внешний энергетический уровень атома алюминия содержит 3 электрона. Эти электроны легко отдаются атомом алюминия во время химических реакций. Поэтому алюминий имеет высокую химическую активность и способен вытеснять металлы из их оксидов. Но в обычных условиях он довольно устойчив к химическому взаимодействию, так как покрыт прочной оксидной плёнкой.

С кислородом алюминий взаимодействует только при высокой температуре. В результате реакции образуется оксид алюминия. С серой, фосфором, азотом, углеродом взаимодействие также происходит при высокой температуре. А вот с хлором и бромом алюминий вступает в реакцию при обычных условиях. С йодом реагирует при нагревании, но только если катализатором выступает вода. С водородом алюминий не взаимодействует.

С металлами алюминий способен образовывать соединения, которые называются алюминиды.

В реакцию с водой вступает алюминий, очищенный от оксидной плёнки.  Гидроксид, который получается в результате этой реакции, является малорастворимым соединением.

Алюминий легко взаимодействует с разбавленными кислотами, образуя соли. Но с концентрированными кислотами реагирует только при нагревании, образуя соли и продукты восстановления кислоты.

Алюминий легко реагирует со щелочами.

Физические свойства алюминия

Алюминий – прочный металл, но в то же время и пластичный, легко подвергается механической обработке: штамповке, полировке, вытягиванию.

Алюминий самый легкий из металлов. Имеет очень высокую теплопроводность. По электропроводности алюминий практически не уступает меди, но при этом он намного легче и дешевле.

Применение алюминия

Впервые металл алюминий был получен датским физиком Гансом Христианом Эрстедом в 1825 г. И в те времена алюминий считали драгоценным металлом. Модницы любили носить украшения из него.

Но промышленный способ получения алюминия был создан значительно позже – в 1855 г. французским химиком Анри Этьенн Сент-Клер Девилем.

Алюминиевые сплавы применяются практически во всех машиностроительных отраслях. Современная авиационная, космическая и автомобильная промышленность, кораблестроение не могут обходиться без таких сплавов. Наиболее известные сплавы – дюралюминий, силумин, литейные сплавы. Пожалуй, самым востребованным из этих сплавов является дюралюминий.

При переработке алюминия горячей и холодной обработкой получают профили, проволоку, трубы, ленты, листы. Алюминиевые листы или лента широко используются в современном строительстве. Так, специальную алюминиевую ленту применяют для заклеивания торцов различных строительных панелей, чтобы обеспечить надежную защиту от попадания осадков и пыли внутрь панели.

Так как алюминий обладает высокой электропроводностью, его используют для изготовления электропроводов и электротехнических шин.

Алюминий не является драгоценным металлом. Но некоторые его соединения используются в ювелирной промышленности. Наверное, не все знают,  что рубин и сапфир – это монокристаллы окиси алюминия, в которые добавлены красящие окислы. Красный цвет рубину придают ионы хрома, а голубой цвет сапфира – от содержания ионов железа и титана. Чистая кристаллическая окись алюминия называется корундом.

В промышленных условиях создают искусственные корунд, рубин и сапфир.

Используется алюминий и в медицине. Он входит в состав некоторых препаратов, которые оказывают адсорбирующее, обволакивающее и обезболивающее действие.

Трудно найти такую отрасль современной промышленности, в которой не использовались бы алюминий и его соединения.

ximik.biz

Алюминий и его соединения. Свойства и применение алюминия

Урок химии 13 — Алюминий  и его соединения. Свойства и применение алюминия.

В периодической таблице алюминий находится в третьем периоде, в  главной подгруппе третьей группы. Заряд ядра +13. Электронное строение атома 1s²2s²2p⁶3s²3p¹.

Наиболее характерная степень окисления атома алюминия +3. Отрицательная степень окисления проявляется редко. Во внешнем электронном слое атома существуют свободные d-подуровни. Благодаря этому его координационное число в соединениях может равняться не только 4 ([AlCl₄]^—, [AlH₄]^—, алюмосиликаты), но и 6 (Al₂O₃,[Al(OH₂)₆]³⁺).

Алюминий — типичный амфотерный элемент. Для него характерны не только анионные, но и катионные комплексы. Так, в кислой среде существует катионный аквакомплекс [Al(OH₂)₆]³⁺, а в щелочной — анионный гидроксокомплекс  [Al(OH)₆]^3-.

В виде простого вещества алюминий — серебристо-белый, довольно твердый металл с плотностью 2,7 г/см³ (т. пл. 660  ^оС, т. кип. ~2500 ^оС). Кристаллизуется в гранецентрированной кубической решетке. Характеризуется высокой тягучестью, теплопроводностью и электропроводностью (составляющей 0,6 электропроводности меди). С этим связано его использование в производстве электрических проводов. При одинаковой электрической проводимости алюминиевый провод весит вдвое меньше медного.

На воздухе алюминий покрывается тончайшей (0,00001 мм), но очень плотной пленкой оксида, предохраняющей металл от дальнейшего окисления и придающей ему матовый вид. При обработке поверхности алюминия сильными окислителями (конц. HNO₃, K₂Cr₂O₇) или анодным окислением толщина защитной пленки возрастает. Устойчивость алюминия позволяет изготавливать из него химическую аппаратуру и емкости для хранения и транспортировки азотной кислоты.

Алюминий легко вытягивается в проволоку и прокатывается в тонкие листы. Алюминиевая фольга (толщиной0,005 мм) применяется в пищевой и фармацевтической промышленности для упаковки продуктов и препаратов.

Основную массу алюминия используют для получения различных сплавов, наряду с хорошими механическими качествами характеризующихся своей легкостью. Важнейшие из них — дюралюминий (94% Al, 4% Cu, по 0,5% Mg, Mn, Fe и Si), силумин (85 — 90% Al, 10 — 14% Si, 0,1% Na) и др. Алюминиевые сплавы применяются в ракетной технике, в авиа-, авто-, судо- и приборостроении, в производстве посуды и во многих других отраслях промышленности. По объему применения сплавы алюминия занимают второе место после стали и чугуна.

Алюминий, кроме того, применяется как легирующая добавка ко многим сплавам для придания им жаростойкости.

Химические свойства.  Реагирует с неметаллами:

4Al + 3O₂ → 2Al₂O₃ ;                      2Al + 3Br₂ → 2AlBr₃

c оксидами металлов:

2Al + Fe₂O₃ → Al₂O₃ + 2Fe (алюмотермия)

c водой (если удалить оксидную пленку):

2Al + 6H₂O → 2Al(OH)₃↓ + 3H₂↑

c кислотами ( HCl и Н₂SO₄  пассивируется конц.  HNO₃ ):

2Al + 3H₂SO₄ → Al₂(SO₄)₃ + 3H₂↑

c щелочами:

2Al + 2NaOH + 6H₂О → 2Na [Al(OH)₄] + 3H₂↑

Соединения алюминия.

Оксид алюминия представляет собой белую, очень тугоплавкую (т. пл. 2050 ^оС) и нерастворимую в воде массу. Природный Al₂O₃ (минерал корунд), а также  полученный искусственно и затем сильно прокаленный отличается большой твердостью и нерастворимостью в кислотах. В растворимое состояние Al₂O₃ (т. н. глинозем) можно перевести сплавлением со щелочами.

Ввиду нерастворимости Al₂O₃ в воде, отвечающий этому оксиду гидроксид Al(OH)₃ может быть получен лишь косвенным путем из солей. Получение гидроксида можно представить в виде следующей схемы. При действии щелочей ионами OH^— постепенно замещаются в аквокомплексах [Al(OH₂)₆]³⁺молекулы воды:

[Al(OH₂)₆]³⁺ + OH^— = [Al(OH)(OH₂)₅]²⁺ + H₂O

[Al(OH)(OH₂)₅]²⁺ + OH^— = [Al(OH)₂(OH₂)₄]⁺ + H₂O

[Al(OH)₂(OH₂)₄]⁺ + OH^— = [Al(OH)₃(OH₂)₃]⁰ + H₂O

Al(OH)₃ представляет собой объемистый студенистый осадок белого цвета, практически нерастворимый в воде, но легко растворяющийся в кислотах и сильных щелочах. Он имеет, следовательно, амфотерный характер. Однако и основные и особенно кислотные его свойства выражены довольно слабо. В избытке NH₄OH гидроксид алюминия нерастворим. Одна из форм дегидратированного гидроксида — алюмогель используется в технике в качестве адсорбента.

При взаимодействии с сильными щелочами образуются соответствующие алюминаты:

NaOH + Al(OH)₃ = Na[Al(OH)₄]

Алюминаты наиболее активных одновалентных металлов в воде хорошо растворимы, но ввиду сильного гидролиза растворы их устойчивы лишь при наличии достаточного избытка щелочи. Алюминаты, производящиеся от более слабых оснований, гидролизованы в растворе практически нацело и поэтому могут быть получены только сухим путем (сплавлением Al₂O₃ с оксидами соответствующих металлов).

С кислотами Al(OH)₃ образует соли. Производные большинства сильных кислот хорошо растворимы в воде, но довольно значительно гидролизованы, и поэтому растворы их показывают кислую реакцию. Еще сильнее гидролизованы растворимые соли алюминия из слабых кислот. Вследствие гидролиза сульфид, карбонат, цианид и некоторые другие соли алюминия из водных растворов получить не удается.

Галогениды алюминия в обычных условиях — бесцветные кристаллические вещества. В ряду галогенидов алюминия AlF₃ сильно отличается по свойствам от своих аналогов. Он тугоплавок, мало растворяется в воде, химически неактивен. Основной способ получения AlF₃ основан на действии безводного HF на Al₂O₃ или Al:

Al₂O₃ + 6HF = 2AlF₃ + 3H₂O

Соединения алюминия с хлором, бромом и иодом легкоплавки, весьма реакционноспособны и хорошо растворимы не только в воде, но и во многих органических растворителях. Взаимодействие галогенидов алюминия с водой сопровождается значительным выделением теплоты. В водном растворе все они сильно гидролизованы, но в отличие от типичных кислотных галогенидов неметаллов их гидролиз неполный и обратимый. Будучи заметно летучими уже при обычных условиях, AlCl₃, AlBr₃ и AlI₃ дымят во влажном воздухе (вследствие гидролиза). Они могут быть получены прямым взаимодействием простых веществ.

Сульфат алюминия Al₂(SO₄)₃^.18H₂O получается при действии горячей серной кислоты на оксид алюминия или на каолин. Применяется для очистки воды, а также при приготовлении некоторых сортов бумаги.

Алюмокалиевые квасцы KAl(SO₄)₂^.12H₂O применяются в больших количествах для дубления кож, а также в красильном деле в качестве протравы для хлопчатобумажных тканей. В последнем случае действие квасцов основано на том, что образующиеся вследствие их гидролиза гидроксид алюминия отлагается в волокнах ткани в мелкодисперсном состоянии и, адсордбируя краситель, прочно удерживает его на волокне.

Из остальных производных алюминия следует упомянуть его ацетат (иначе — уксуснокислую соль) Al(CH₃COO)₃, используемый при крашении тканей (в качестве протравы) и в медицине (примочки и компрессы). Нитрат алюминия легко растворим в воде. Фосфат алюминия нерастворим в воде и уксусной кислоте, но растворим в сильных кислотах и щелочах.

Это был урок химии 13 — Алюминий  и его соединения. Свойства и применение алюминия.

Share this post for your friends:

Friend me:

к нашему сайту.

sovety-tut.ru

2.2 Производство алюминия

2.2.1 Свойства алюминия и области его применения

Алюминий — химический элемент третьей группы периодической систе-

мы элементов Д. И. Менделеева. Его порядковый номер 13, атомная масса

26,98. Устойчивых изотопов алюминии не имеет.

Химические свойства

Взаимодействие с неметаллами

С кислородом взаимодействует только в мелкораздробленном состоянии при высокой температуре:

4Al + 3O₂ = 2Al₂O₃,

реакция сопровождается большим выделением тепла.

Выше 200°С реагирует с серой с образованием сульфида алюминия:

2Al + 3S = Al₂S₃.

При 500°С – с фосфором, образуя фосфид алюминия:

Al + P = AlP.

При 800°С реагирует с азотом, а при 2000°С – с углеродом, образуя нитрид и карбид:

2Al + N₂ = 2AlN,

4Al + 3C = Al₄C₃.

С хлором и бромом взаимодействует при обычных условиях, а с йодом при нагревании, в присутствии воды в качестве катализатора:

2Al + 3Cl₂ = 2AlCl₃

С водородом непосредственно не взаимодействует.

С металлами образует сплавы, которые содержат интерметаллические соединения – алюминиды, например, CuAl₂, CrAl₇, FeAl₃ и др.

Взаимодействие с водой 

Очищенный от оксидной пленки алюминий энергично взаимодействует с водой:

2Al + 6H₂O = 2Al(OH)₃ + 3H₂

в результате реакции образуется малорастворимый гидроксид алюминия и выделяется водород.

Взаимодействие с кислотами

Легко взаимодействует с разбавленными кислотами, образуя соли:

2Al + 6HCl = 2AlCl₃ + 3H₂;

2Al + 3H₂SO₄ = Al₂(SO₄)₃ + 3H₂;

8Al + 30HNO₃ = 8Al(NO₃)₃ + 3N₂O + 15H₂O (в качестве продукта восстановления азотной кислоты также может быть азот и нитрат аммония).

С концентрированной азотной и серной кислотами при комнатной температуре не взаимодействует, при нагревании реагирует с образованием соли и продукта восстановления кислоты:

2Al + 6H₂SO₄ = Al₂(SO₄)₃ + 3SO₂ + 6H₂O;

Al + 6HNO₃ = Al(NO₃)₃ + 3NO₂ + 3H₂O.

Взаимодействие со щелочами

Алюминий – амфотерный металл, он легко реагирует со щелочами:

в растворе с образованием тетрагидроксодиакваалюмината натрия:

2Al + 2NaOH + 10H₂O = 2Na[Al(H₂O)₂(OH)₄] + 3H₂

при сплавлении с образованием алюминатов:

2Al + 6KOH = 2KAlO₂ + 2K₂O + 3H₂.

Восстановление металлов из оксидов и солей

Алюминий – активный металл, способен вытеснять металлы из их оксидов. Это свойство алюминия нашло практическое применение в металлургии:

2Al + Cr₂O₃ = 2Cr + Al₂O₃.

Области применения

Алюминий обладает целым рядом свойств, которые выгодно отличают его от других металлов. Это − небольшая плотность алюминия, хорошая пластичность и достаточная механическая прочность, высокие тепло- и электропроводность. Алюминий нетоксичен, немагнитен и коррозионностоек к ряду химических веществ. Благодаря всем этим свойствам, а также относительно невысокой стоимости по сравнению с другими цветными металлами он нашел исключительно широкое применение в самых различных отраслях современной техники.

Значительная часть алюминия используется в виде сплавов с кремнием медью, магнием, цинком, марганцем и другими металлами. Промышленные алюминиевые сплавы обычно содержат не менее двух−трех легирующих элементов, которые вводятся в алюминий главным образом для повышения механической прочности.

Наиболее ценные свойства всех алюминиевых сплавов − малая плотность

(2,65÷2,8), высокая удельная прочность (отношение временного сопротивления к плотности) и удовлетворительная стойкость против атмосферной коррозии.

Алюминиевые сплавы подразделяют на деформируемые и литейные. Деформируемые сплавы подвергают горячей и холодной обработке давлением, поэтому они должны обладать высокой пластичностью. Из деформируемых сплавов широкое применение нашли дуралюмины − сплавы алюминия с медью, магнием и марганцем. Имея небольшую плотность, дуралюмины по механическим свойствам близки к мягким сортам стали. Из деформируемых

алюминиевых сплавов, а также из чистого алюминия в результате обработки давлением (прокатка, штамповка) получают листы, полосы, фольгу, проволоку, стержни различного профиля, трубы. Расход алюминия на изготовление этих полуфабрикатов составляет около 70 % его мирового производства.

Остальной алюминий применяется для изготовления литейных сплавов, порошков, раскислителей, а также для других целей.

Из литейных сплавов получают фасонные отливки различной конфигурации. Широко известны литейные сплавы на основе алюминия − силумины, в которых основной легирующей добавкой служит кремний (до 13%).

В настоящее время алюминий и его сплавы используют практически во всех областях современной техники. Важнейшие потребители алюминия и его сплавов — авиационная и автомобильная отрасли промышленности, железнодорожный и водный транспорт, машиностроение, электротехническая промышленность и приборостроение, промышленное и гражданское строительство, химическая промышленность, производство предметов народного потребления.

Использование алюминия и его сплавов во всех видах транспорта и в первую очередь − воздушного позволило решить задачу уменьшения собственной (“мертвой”) массы транспортных средств и резко увеличить эффективность их

применения. Из алюминия и его сплавов изготавливают авиаконструкции, моторы, блоки, головки цилиндров, картеры, коробки передач, насосы и другие детали.

Алюминием и его сплавами отделывают железнодорожные вагоны, изготавливают корпуса и дымовые трубы судов, спасательные лодки, радарные мачты, трапы.

Широко применяют алюминий и его сплавы в электротехнической промышленности для изготовления кабелей, шинопроводов, конденсаторов, выпрямителей переменного тока. В приборостроении алюминий и его сплавы используют в производстве кино- и фотоаппаратуры, радиотелефонной аппаратуры, различных контрольно-измерительных приборов.

Благодаря высокой коррозионной стойкости и нетоксичности алюминий широко применяют при изготовлении аппаратуры для производства и хранения крепкой азотной кислоты, пероксида водорода, органических веществ и пищевых продуктов. Алюминиевая фольга, будучи прочнее и дешевле оловянной, полностью вытеснила ее как упаковочный материал для пищевых продуктов. Все более широко используется алюминий при изготовлении тары для консервирования и хранения продуктов сельского хозяйства, для строительства зернохранилищ и других быстровозводимых сооружений. Являясь одним из важнейших стратегических металлов, алюминий, как и его сплавы, широко используется в строительстве самолетов, танков, артиллерийских установок, ракет, зажигательных веществ, а также для других целей в военной технике.

Алюминий высокой чистоты находит широкое применение в новых областях техники − ядерной энергетике, полупроводниковой электронике, радиолокации, а также для защиты металлических поверхностей от действия раз личных химических веществ и атмосферной коррозии. Высокая отражающая способность такого алюминия используется для изготовления из него отражающих поверхностей нагревательных и осветительных рефлекторов и зеркал.

В металлургической промышленности алюминий используют в качестве восстановителя при получении ряда металлов (например, хрома, кальция, марганца) алюмотермическими способами, для раскисления стали, сварки стальных деталей.

Широко применяют алюминий и его сплавы в промышленном и гражданском строительстве для изготовления каркасов зданий, ферм, оконных рам, лестниц и др. По масштабам производства и значению в народном хозяйстве алюминий прочно занял первое место среди других цветных металлов.

studfiles.net

Применение алюминия и его сплавов (химия 9 класс). Рабочие материалы

Дополнительные сочинения

Урок посвящен изучению темы «Применение алюминия и его сплавов». Из материалов урока Вы узнаете, благодаря каким свойствам алюминий так широко используется, каковы области применения этого металла и его сплавов.

Тема: Химия металлов

Урок: Применение алюминия и его сплавов

1. Применение алюминия и его физические свойства, на которых оно основано

Алюминий называют «крылатым металлом». Такое название этот металл получил за свою легкость и широкое применение, в первую очередь, в самолетостроении. Алюминий прочно вошел в нашу жизнь: каждому с детства знакомы алюминиевая фольга, посуда, проволока. А ведь когда-то изделия из алюминия считались роскошью. Например, в 1852 году стоимость 1 кг алюминия была 1200 долларов, т. е. дороже золота. Почему же со временем цена на алюминий так упала?

Дело в том, что алюминий широко распространен в земной коре (8%), самый распространенный металл. Но для восстановления алюминия из руд необходимо затратить большое количество энергии. К концу 19 века разработали новый способ получения алюминия с помощью электролиза, ежегодное получение металла возросло в тысячи раз, и цена на него упала.

Алюминий очень устойчив по отношению к кислороду и воде. Эта устойчивость обусловлена образованием на его поверхности тонкой, но плотной и прочной оксидной пленки – Al2O3. Благодаря этому свойству алюминий и его сплавы нашли широкое применение в быту и промышленности. Вам хорошо известно о применении алюминия для изготовления кухонной посуды.

Рис. 1. Алюминий применяется для изготовления кухонной посуды

Высокая электропроводность алюминия (по этому качеству он уступает лишь серебру и меди) позволяет широко его применять в электротехнике. Кроме того, алюминий дешевле и легче, чем медь и серебро.

Но мы перечислили пока не все достоинства этого удивительно практичного металла. При 100-150°С алюминий настолько пластичен, что из него можно получить тонкую фольгу, толщиной менее 0,01 мм. Алюминиевая фольга применяется для изготовления электрических конденсаторов и изделий, защищающих от тепловой радиации.

Алюминий также используют для алитирования, т. е. насыщения поверхностей стальных и чугунных изделий алюминием с целью защиты их от коррозии. Порошок алюминия используют для изготовления серебряной краски, устойчивой к атмосферным воздействиям.

2. Сплавы алюминия

Алюминий применяют для производства различных сплавов. Наибольшее распространение имеют дуралюмины, содержащие медь и магний, и силумины – сплавы алюминия с кремнием. Основные преимущества этих сплавов – легкость, высокая прочность и коррозионная стойкость.

Сплавы алюминия широко используют в качестве конструкционного материала в авиастроении, а также в авто-, судо – и приборостроении, в ракетной технике и строительстве.

Рис. 2. Дюралюмины широко применяются в авиастроении

       

3. Восстановительные свойства алюминия

Методом алюмотермии получают в лаборатории многие металлы и некоторые неметаллы. Смесь алюминиевого порошка с железной окалиной (термитную смесь) использовали при сварке стыков железных рельсов. В основе этого процесса лежит следующая реакция:

3Fe3O4 + 8Al = 4Al2O3 + 9Fe + Q

В результате данной реакции выделяется так много теплоты, что поверхность рельса на стыке расплавляется, а пространство в стыке рельсов занимает расплавленное железо.

Список рекомендованной литературы

1. Микитюк А. Д. Сборник задач и упражнений по химии. 8-11 классы / А. Д. Микитюк. – М.: Изд. «Экзамен», 2009.

2. Оржековский П. А. Химия: 9-й класс: учеб. для общеобраз. учрежд. / П. А. Оржековский, Л. М. Мещерякова, Л. С. Понтак. – М.: АСТ: Астрель, 2007. (§28)

3. Оржековский П. А. Химия: 9-ый класс: учеб для общеобр. учрежд. / П. А. Оржековский, Л. М. Мещерякова, М. М. Шалашова. – М.: Астрель, 2013. (§33)

4. Рудзитис Г. Е. Химия: неорган. химия. Орган. химия: учеб. для 9 кл. / Г. Е. Рудзитис, Ф. Г. Фельдман. – М.: Просвещение, ОАО «Московские учебники», 2009.

5. Хомченко И. Д. Сборник задач и упражнений по химии для средней школы. – М.: РИА «Новая волна»: Издатель Умеренков, 2008.

6 Энциклопедия для детей. Том 17. Химия / Глав. ред. В. А. Володин, вед. науч. ред. И. Леенсон. – М.: Аванта+, 2003.

Дополнительные веб-ресурсы

1. Единая коллекция цифровых образовательных ресурсов (видеоопыты по теме) .

2. Электронная версия журнала «Химия и жизнь» .

Домашнее задание

с.229 № 2,3 из Учебника Оржековского П. А. «Химия: 9-ый класс» (М.: Астрель, 2013).

dp-adilet.kz