Алюминий

Термодинамические свойства простого вещества
Плотность (при н. у.)	2,6989 г/см³
Температура плавления	660 °C, 933,5 K
Температура кипения	2792 K
Теплота плавления	10,75 кДж/моль
Теплота испарения	284,1 кДж/моль
Молярная теплоёмкость	24,35^[1] Дж/(K·моль)
Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки	кубическая гранецентрированая
Параметры решётки	4,050 Å
Температура Дебая	394 или 429 K (по разным источникам)
Теплопроводность	(300 K) 237 Вт/(м·К)

*Температура Дебая — физическая константа вещества, характеризующая многие свойства твёрдых тел — теплоёмкость, электропроводность,теплопроводность, уширение линий рентгеновских спектров, упругие свойства и т. п. Введена впервые П. Дебаем в его теории теплоёмкости.

История

Впервые алюминий был получен Гансом Эрстедомв1825 годудействиемамальгамыкалиянахлорид алюминияс последующей отгонкойртути.

Получение

Современный метод получения был разработан независимо американцем Чарльзом Холломи французомПолем Эрув 1886 году. Он заключается в растворенииоксида алюминияAl₂O₃в расплавекриолитаNa₃AlF₆с последующимэлектролизомс использованием расходуемыхкоксовыхилиграфитовыхэлектродов. Такой метод получения требует больших затрат электроэнергии, и поэтому оказался востребован только вXX веке.

Для производства 1 т алюминия чернового требуется 1,920 т глинозёма, 0,065 т криолита, 0,035 т фторида алюминия, 0,600 т анодной массы и 17 тыс. кВт·ч электроэнергии постоянного тока^[2].

[Физические свойства

Микроструктура алюминия на протравленной поверхности слитка, чистотой 99,9998 %, размер видимого сектора около 55 × 37 мм.

Металл серебристо-белого цвета, лёгкий, плотность — 2,7 г/см³, температура плавления у технического алюминия — 658 °C, у алюминия высокой чистоты — 660 °C, удельная теплота плавления — 390 кДж/кг, температура кипения — 2500 °C, удельная теплота испарения — 10,53 МДж/кг, временное сопротивление литого алюминия — 10…12 кг/мм², деформируемого — 18…25 кг/мм², сплавов — 38…42 кг/мм².

Твёрдость по Бринеллю — 24…32 кгс/мм², высокая пластичность: у технического — 35 %, у чистого — 50 %, прокатывается в тонкий лист и даже фольгу. Модуль Юнга — 70 ГПа.

Алюминий обладает высокой электропроводностью(0,0265 мкОм·м) итеплопроводностью(1,24×10⁻³Вт/(м·К)), 65 % от электропроводности меди, обладает высокой светоотражательной способностью. Слабыйпарамагнетик. Температурный коэффициент линейного расширения 24,58×10⁻⁶К⁻¹(20…200 °C).Температурный коэффициент электрического сопротивления 2,7×10⁻⁸K⁻¹.

Алюминий образует сплавы почти со всеми металлами. Наиболее известны сплавы с медью и магнием (дюралюминий) и кремнием (силумин).

Нахождение в природе

Природный алюминий состоит практически полностью из единственного стабильного изотопа ²⁷Al со следами ²⁶Al, радиоактивного изотопа с периодом полураспада 720 тыс. лет, образующегося в атмосфере при бомбардировке ядер аргона протонами космических лучей.

По распространённости в природе занимает 1-е среди металлов и 3-е место среди элементов, уступая только кислороду и кремнию. Процент содержания алюминия в земной коре по данным различных исследователей составляет от 7,45 до 8,14 % от массы земной коры^[3].

В природе алюминий в связи с высокой химической активностью встречается почти исключительно в виде соединений. Некоторые из них:

• Бокситы— Al₂O₃· H₂O (с примесями SiO₂, Fe₂O₃, CaCO₃)

• Нефелины— KNa₃[AlSiO₄]₄

• Алуниты — (Na,K)₂SO₄·Al₂(SO₄)₃·4Al(OH)₃

• Глинозёмы(смесикаолиновс песком SiO₂,известнякомCaCO₃,магнезитомMgCO₃)

• Корунд(сапфир,рубин,наждак) — Al₂O₃

• Полевые шпаты— (K,Na)₂O·Al₂O₃·6SiO₂, Ca[Al₂Si₂O₈]

• Каолинит— Al₂O₃·2SiO₂· 2H₂O

• Берилл(изумруд,аквамарин) — 3ВеО · Al₂О₃· 6SiO₂

• Хризоберилл(александрит) — BeAl₂O₄.

Тем не менее, в некоторых специфических восстановительных условиях возможно образование самородного алюминия^[4].

В природных водах алюминий содержится в виде малотоксичных химических соединений, например, фторида алюминия. Вид катиона или аниона зависит, в первую очередь, от кислотности водной среды. Концентрации алюминия в поверхностных водных объектах России колеблются от 0,001 до 10 мг/л, в морской воде 0,01 мг/л^[5].

Гидроксид алюминия

При нормальных условиях алюминий покрыт тонкой и прочной оксиднойплёнкой и потому не реагирует с классическимиокислителями: с H₂O (t°);O₂, HNO₃(без нагревания). Благодаря этому алюминий практически не подверженкоррозиии потому широко востребован современной индустрией. Однако при разрушении оксидной плёнки (например, при контакте с растворами солейаммонияNH₄⁺, горячими щелочами или в результатеамальгамирования), алюминий выступает как активный металл-восстановитель.