Metali su grupa elemenata koji imaju jedinstvena svojstva kao što su električna provodljivost, visok prijenos topline, pozitivni koeficijent otpora, karakterističan sjaj i relativna duktilnost. Ova vrsta supstance je jednostavna u hemijskim jedinjenjima.
Klasifikacija po grupama
Metali su jedan od najčešćih materijala koje je čovečanstvo koristilo kroz istoriju. Većina ih se nalazi u srednjim slojevima zemljine kore, ali ima i onih skrivenih duboko u planinskim naslagama.
U ovom trenutku, metali zauzimaju većinu periodnog sistema (94 od 118 elemenata). Od službeno priznatih grupa, vrijedi istaknuti sljedeće grupe:
1. Alkalna(litijum, kalijum, natrijum, francijum, cezijum, rubidijum). U dodiru s vodom stvaraju hidrokside.
2. Alkalna zemlja(kalcijum, barijum, stroncijum, radijum). Razlikuju se po gustini i tvrdoći.
3. Pluća(aluminijum, olovo, cink, galijum, kadmijum, kalaj, živa). Zbog svoje male gustine, često se koriste u legurama.
4. Prijelazni(uranijum, zlato, titan, bakar, srebro, nikl, gvožđe, kobalt, platina, paladijum, itd.). Imaju promjenjivo stanje oksidacije.
5. Polumetali(germanijum, silicijum, antimon, bor, polonijum, itd.). Imaju kristalnu kovalentnu rešetku u svojoj strukturi.
6. Aktinoidi(americij, torijum, aktinijum, berkelijum, kurij, fermijum, itd.).
7. Lantanidi(gadolinijum, samarijum, cerij, neodimijum, lutecij, lantan, erbijum, itd.).
Vrijedi napomenuti da u zemljinoj kori postoje metali koji nisu definirani u grupama. To uključuje magnezijum i berilijum.
Prirodna jedinjenja
U prirodi postoji posebna klasa kristalno-hemijske kodifikacije. Ovi elementi uključuju prirodne minerale koji nisu međusobno povezani po sastavu. Prirodni metali u prirodi najčešće nastaju kao rezultat geoloških procesa.
Poznato je 45 supstanci u kristalnom stanju u zemljinoj kori. Većina njih je izuzetno rijetka u prirodi, stoga njihova visoka cijena. Udio takvih elemenata je samo 0,1%. Vrijedi napomenuti da je pronalaženje ovih metala također radno intenzivan i skup proces. Zasniva se na upotrebi atoma sa stabilnim omotačem i elektrona.
Prirodni metali se takođe nazivaju plemenitim metalima. Odlikuje ih hemijska inercija i stabilnost jedinjenja. Tu spadaju zlato, paladijum, platina, iridijum, srebro, rutenijum itd. Bakar se najčešće nalazi u prirodi. Gvožđe u izvornom stanju prisutno je uglavnom u planinskim naslagama u obliku meteorita. Najrjeđi elementi grupe su olovo, hrom, cink, indijum i kadmijum.
Osnovna svojstva
Gotovo svi metali u normalnim uslovima su tvrdi i otporni. Izuzetak su francij i živa, koji su alkalni za sve elemente grupe. Njegov raspon se kreće od -39 do +3410 stepeni Celzijusa. Volfram se smatra najotpornijim na topljenje. Njegovi spojevi gube postojanost tek na +3400 C. Od lako topljivih metala treba izdvojiti olovo i kalaj.
Elementi se također dijele prema gustoći (laki i teški) i plastičnosti (tvrdi i meki). Sva metalna jedinjenja su odlični provodnici struje. Ovo svojstvo je određeno prisustvom kristalnih rešetki sa aktivnim elektronima. Bakar, srebro i aluminijum imaju maksimalnu provodljivost, natrijum ima nešto nižu provodljivost. Vrijedi napomenuti visoka toplinska svojstva metala. Srebro se smatra najboljim provodnikom toplote, a živa najgorim.
Metali u okolini
Najčešće se takvi elementi mogu naći u rudama. Metali u prirodi formiraju sulfite, okside i karbonate. Za pročišćavanje jedinjenja, prvo ih je potrebno izolovati iz rude. Sljedeći korak je legiranje i završna obrada.
U industrijskoj metalurgiji se pravi razlika između ruda željeza i obojenih ruda. Prvi su izgrađeni na bazi jedinjenja željeza, a drugi - na drugim metalima. Plemeniti metali se smatraju platinom, zlatom i srebrom. Većina ih se nalazi u zemljinoj kori. Međutim, mali udio dolazi i od morske vode.
Čak i u živim organizmima postoje plemeniti elementi. Ljudi sadrže oko 3% metalnih jedinjenja. U velikoj mjeri tijelo sadrži natrij i kalcij, koji djeluju kao međućelijski elektrolit. Magnezijum je neophodan za normalno funkcionisanje centralnog nervnog sistema i mišićne mase, gvožđe je dobro za krv, bakar je dobar za jetru.
Pronalaženje metalnih spojeva
Većina elemenata nalazi se posvuda ispod gornjeg sloja tla. Najčešći metal u zemljinoj kori je aluminijum. Njegov procenat varira unutar 8,2%. Pronalaženje najčešćeg metala u zemljinoj kori je lako, jer se javlja u obliku ruda.
Gvožđe i kalcijum se u prirodi nalaze nešto rjeđe. Njihov procenat je 4,1%. Slede magnezijum i natrijum - po 2,3%, kalijum - 2,1%. Preostali metali u prirodi ne zauzimaju više od 0,6%. Važno je napomenuti da se magnezij i natrijum mogu podjednako dobiti iu kopnu iu morskoj vodi.
Metalni elementi se javljaju u prirodi u obliku ruda ili u prirodnom stanju, kao što su bakar ili zlato. Postoje tvari koje je potrebno dobiti iz oksida i sulfida, na primjer, hematit, kaolin, magnetit, galenit itd.
Proizvodnja metala
Postupak ekstrakcije elemenata svodi se na ekstrakciju minerala. Otkrivanje metala u prirodi u obliku ruda je najjednostavniji i najčešći proces u širokoj industriji. Za traženje kristalnih naslaga koristi se posebna geološka oprema za analizu sastava tvari na određenom komadu zemlje. Rjeđe se otkrivanje metala u prirodi svodi na banalnu metodu otvorenog podzemlja.
Nakon iskopavanja, počinje faza obogaćivanja, kada se koncentrat rude odvaja od izvornog minerala. Za razlikovanje elemenata koriste se vlaženje, električna struja, kemijske reakcije i toplinska obrada. Najčešće se oslobađanje metalne rude javlja kao rezultat topljenja, odnosno zagrijavanja s redukcijom.
Rudarstvo aluminijuma
Ovaj proces izvodi obojena metalurgija. Po obimu potrošnje i proizvodnje, lider je među ostalim teškim industrijama. Najčešći metal u zemljinoj kori je veoma tražen u savremenom svetu. Po obimu proizvodnje, aluminijum je drugi nakon čelika.
Ovaj element se najviše koristi u zrakoplovnoj, automobilskoj i elektro industriji. Važno je napomenuti da se najčešći metal u zemljinoj kori može dobiti i "vještački". Takva hemijska reakcija zahtevala bi boksit. Od njih nastaje glinica. Kombinacijom ove supstance sa ugljičnim elektrodama i fluoridnom solju pod uticajem električne struje, možete dobiti najčistije
Vodeća zemlja među proizvođačima ove komponente je Kina. Godišnje se tamo pretopi do 18,5 miliona tona metala. Vodeća kompanija u sličnom rangu za proizvodnju aluminijuma je rusko-švajcarska asocijacija UC RUSAL.
Primjena metala
Svi elementi grupe su izdržljivi, neprobojni i relativno otporni na temperaturu. Zbog toga su metali tako česti u svakodnevnom životu. Danas se koriste za izradu električnih žica, otpornika, opreme i kućnih predmeta.
Metali su idealni konstrukcijski materijali, a u građevinarstvu se koriste čiste i kombinovane legure. U mašinstvu i vazduhoplovstvu glavne veze su čelik i tvrđe veze.
Aluminij je jedan od najčešćih elemenata u prirodi, nadmašuje ga samo kisik i silicijum, a među metalima je na prvom mjestu po obilju. Toliko ga ima da stručnjaci procjenjuju da njegov maseni udio u zemljinoj kori iznosi do 8%. Kao hemijski element, aluminijum se nalazi u ogromnom broju minerala, na primer, nalazi se u safirima i rubinima, u granitu i feldspatu, u smaragdima i, naravno, u boksitu - aluminijskoj rudi.
Svojstva aluminijuma
Među glavnim fizičkim svojstvima aluminijuma posebno treba istaći sledeće:
Veoma mala gustina, tri puta manja od gustine čelika, cinka i bakra (aluminijum je lak metal);
- visoka električna provodljivost, čija je vrijednost druga nakon bakra i srebra;
- visoka toplotna provodljivost;
- otpornost na koroziju;
- visoka duktilnost (meki metal);
- sposobnost refleksije;
- paramagnetizam;
- sposobnost stvaranja legura sa drugim metalima;
- održavanje duktilnosti i povećanje čvrstoće na vrlo niskim temperaturama;
- netoksičan.
Aluminij se lako obrađuje mehaničkim putem, može se podvrgnuti hladnoj i toploj obradi, umotati u najtanju foliju i žicu i pretvoriti u prah.
U svom čistom obliku, aluminijum je veoma aktivan metal koji hemijski reaguje sa kiselinama i alkalijama, kiseonikom, ugljenikom, azotom, halogenima, vodom i drugim supstancama.
Paradoksalno, izuzetna otpornost aluminijuma na koroziju zasniva se na hemijskoj reaktivnosti metala. U vazduhu, aluminijum je odmah prekriven filmom Al2O3, koji u normalnim uslovima pouzdano štiti metal od bilo kakvih daljih reakcija. Stoga se aluminijum praktično nikada ne nalazi u svom prirodnom obliku, samo u obliku jedinjenja.
Primena aluminijuma
Aluminijum je izuzetno popularan metal u raznim granama nauke i proizvodnje. Proizvodi se u milionima tona godišnje, svake godine sve više. Upotreba aluminija u proizvodnji novih modernih kompozitnih materijala je vrlo obećavajuća.
Napravljen od aluminijuma:
Različite legure, koje su naslijedile nisku gustinu aluminija, izdržljive su, što ih čini pogodnim za proizvodnju cijevi, profila, konstrukcijskih elemenata kao što su klipovi i ležajevi, dijelovi avionskih i automobilskih motora i kućišta;
- žice, kablovi, žice za dalekovode i provodnici za mikročipove;
- posude i posude za pripremu i čuvanje hrane;
- dijelovi motora, sistema za hlađenje i grijanje;
- ogledala, teleskopski reflektori, reflektori;
- ambalažni materijal sa visokom stopom reciklaže;
- krovni materijal;
- aluminijumski prah za proizvodnju boje otporne na nepovoljne spoljašnje uslove;
- aluminijumske folije za kondenzatore, izolatore, štamparsku proizvodnju, ambalažu za hranu;
- komponente eksplozivnih i pirotehničkih smjesa, čvrsto raketno gorivo, termita mješavina za zavarivanje konstrukcija debelih zidova.
Osim toga, aluminijum se koristi: 
Kao važan hemijski reagens - redukciono sredstvo;
- u metalurgiji;
- u kriogenoj tehnologiji;
- za aluminiziranje (prevlačenje tankim slojem aluminija).
U prodavnici Prime Chemicals Group možete kupiti aluminijum u raznim oblicima po povoljnim cenama - granulirani, sulfatni, fluoridni, bezvodni itd. U ponudi imamo i hemijske reagense, laboratorijsku opremu i instrumente, laboratorijsko stakleno posuđe. Moguća je brza dostava i preuzimanje iz Mytishchija.
Unatoč činjenici da metali prevladavaju među kemijskim elementima, njihov sadržaj u prirodi je inferioran u odnosu na nemetale. Sadržaj svih metala u zemljinoj kori je oko 25 tež. %, dok udio nemetala, koji čine samo 1/4 svih elemenata, dostiže 75%. Međutim, treba napomenuti da tako veliki udio imaju gotovo samo dva nemetala: O (47,2%) i Si (27,6%).
Najčešći metali u prirodi suAl (8,1%), Fe (5,1 %),iCa, Mg, N / A, K. (ukupni % s-blok metala je 11).
Od 86 metala, samo šest ima sadržaj u zemljinoj kori koji prelazi 1%.
Pojava metala u zemljinoj kori
U zemljinoj kori velika većina metala je u oksidiranom obliku.
Metali se u prirodi nalaze u obliku jedinjenja sa više elektronegativnih elemenata: kiseonikom, sumporom, halogenima, kao i u obliku karbonata, fosfata, sulfata itd. Mnogi metali se nalaze u zemljinoj kori u obliku raznih silikata. i aluminosilikata, složenih po sastavu i strukturi. Najčešći minerali su aluminosilikati i silikati najrazličitijeg sastava i strukture. Ovi minerali su uvijek prisutni u svim metalnim rudama. Osim aluminosilikata, u prirodi su prilično česti oksidi i karbonati.
Prirodni sulfidi se koriste za proizvodnju mnogih važnih teških obojenih metala: Cu, Zn, Pb, Ni, Co, Cd, Mo.
Prirodni halogenidi se koriste za dobijanje Na, K, Mg.
Osim toga, u prirodi postoje i druge vrste minerala: sulfati, fosfati; volframit - (Fe,Mn)WO 4 , šelit - CaWO 4 ; hromati - krokoit - PbCrO 4, vanadinit - Pb 3 (VO 4)Cl 3 itd.
Prirodni spojevi s-blok metala
Među s-blok metalima, deset najčešćih elemenata uključuju Ca, Na, K i Mg. Među prirodnim spojevima ovih metala najveći udio čine različiti aluminosilikati i silikati, od kojih se uglavnom sastoji zemljina kora. Štoviše, sastav silikata i aluminosilikata
s-metali dolaze u obliku kationa. Najčešći Li i Be minerali su aluminosilikati: spodumen LiAl(SiO 3) 2 i beril Be 3 Al 2 (Si 6 O 18), iz kojih se dobijaju litijum i berilij.
Osim aluminosilikata, u prirodi su prilično česti karbonati.
Za dobijanje Na, K, Mg uglavnom se koriste prirodni halogenidi. Poznati su i prirodni sulfati.
S-blok metalni minerali
s-blok
| Ja | X Me | Minerali koji se koriste za industrijsku proizvodnju metala | Mass% Ja u prirodi |
| Li | +1 | Spodumen LiAl(SiO 3) 2 ili Li 2 O. Al 2 O 3 . 4SiO2 | 0,0032 |
| N / A | +1 | Halit NaCl | 2,8 |
| K | +1 | Silvin KCl | 2,6 |
| Budi | +2 | Beril Be 3 Al 2 (Si 6 O 18) ili 3BeO. Al 2 O 3 . 6SiO2 | 0,0006 |
| Mg | +2 | Karnalit MgCl 2 . KCl. 6H 2 Ob bišofit MgCl 2 . 6H2O | 2,4 |
| Ca | +2 | Kalcit CaCO 3 | 3,6 |
| Sr | +2 | Celestine SrSO 4 | 0,04 |
| Ba | +2 | Barit BaSO 4 | 0,05 |
Prirodni spojevi p-blok metala koji se koriste za dobivanje metala
Najčešći metal u prirodi je aluminij. Nalazi se u zemljinoj kori u obliku aluminosilikata, raznolikog sastava i strukture. Boksitna ruda se uglavnom koristi za proizvodnju aluminija.
Olovo i bizmut se u prirodi javljaju u obliku sulfida. Kalaj se dobija iz prirodnog oksida SnO 2 (mineral kasiterit).
| Ja | X Me | Minerali koji se koriste za industrijsku proizvodnju metala | Masa % Me u tlu |
| Al | Ruda boksita sadrži: hidratizirane okside: AlOOH - bemit i dijaspora i Al(OH) 3 - hidrargelit (gibzit) i bajerit, Al 2 O 3 oksid - korund, kao i hidratizirane okside željeza (+3), te silikate, aluminosilikate i oksid silicijum | 8,1 | |
| Sn | +4 | Kasiterit SnO 2 | |
| Pb | +2 | Halite PbS |
Minerali p-blok metala. Kasiterit. Gibbsite. Hidrargilit
Vrste minerala koji se koriste za proizvodnju d-metala
| grupa | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | I2 |
| metal |
Sc | Ti | V | Cr | Mn | Fe | Co | Ni | Cu | Zn |
| X u prirodnim jedinjenjima | 3 | 4 | 3, 4, 5 | 3, 6 | 4, 2, 3 | 3, 2 | 2 | 2 | 2, 1 | 2 |
| Vrste esencijalnih minerala | Silikati | oksidi | Vanadates | oksidi | oksidi | oksidi | Sulfidi |
|||
| Sulfidi | Sulfidi | |||||||||
Minerali koji se koriste za industrijsku proizvodnju d-blok metala
| Ja | X Me | Minerali koji se koriste za industrijsku proizvodnju metala | Masa % Me u tlu |
| Sc | +3 | Sc2Si2O7, ScPO4 . 2H2O | 6.10-4 |
| Ti | +4 | Rutil TiO 2, ilmenit FeO.TiO 2 ºFe(TiO 3), titanomagnetiti Fe(TiO 3) . nFe 2 O 3 , perovskit Ca(TiO 3) |
0,57 |
| V | +4,+5 | Patronit VS 2, vanadinit Pb 5 (VO 4) 3 Cl | 0,015 |
| Cr | +3 | Chromite FeO. Cr2O3 | 0,008 |
| Mn | +4, +3,+2 | Piroluzit MnO 2, hausmanit Mn 3 O 4, braunit Mn 2 O 3, manganit MnOOH, rodohrozit MnCO 3 | 0,1 |
| Fe | +3,+2 | Magnetit Fe 3 O 4, hematit Fe 2 O 3, getit FeOOH, siderit FeCO 3, pirit FeS 2 | 5,1 |
| Co | +2 | Linneite Co 3 S 4 (CoS . Co 2 S 3), kobaltin CoAsS | 0,004 |
| Ni | +2 | Petlandit (Fe, Ni) 9 S 8, nikl NiAs, Revdenskite (Ni, Mg) 6 Si 4 O 10 (OH) 8 |
0,008 |
| Cu | +2,+1 | Halkopirit CuFeS 2, halkocit Cu 2 S, kovelit CuS, kuprit Cu 2 O, malahit (CuOH) 2 CO 3 º Cu(OH) 2 . CuCO 3 , azurit Cu(OH) 2 .2 CuCO 3 | 0,005 |
| Zn | +2 | Sfalerit ZnS, smitsonit ZnCO 3, cincit ZnO | 0,08 |
| Mo | +4 | Molibdenit MoS 2 | 0.0001 |
| W | +6 | Šelit CaWO 4 , Fe(Mn) WO 4 volframit | 0.0001 |
| Cd | +2 | Greenockite CdS | 0.00001 |
| Hg | +2 | Cinnabar HgS | 0, 000008 |
Metali koji se najčešće nalaze u prirodi ljudi naširoko koriste njihova je uloga u našim životima. Teško je zamisliti proizvodnju ili život bez aluminijuma, gvožđa ili magnezijuma.
Koji metali su najčešći?
Metali koji se najčešće nalaze nazivaju se obični. Njihov udio u zemljinoj kori prelazi jednu desetinu procenta. Uloga takvih metala u razvoju civilizacije je velika. Nije uzalud što znamo za „gvozdeno doba“, čuli smo za „svemirski metal“, a znamo šta je „krilati metal“. Svi ovi izrazi se odnose na metale kao što su mangan, aluminijum, titan, gvožđe i magnezijum.Ovi uobičajeni metali su komponente mnogih minerala. Poznato je da su u Rusiji gvožđe, hrom i mangan na drugom mestu po obimu proizvodnje posle energenata i energenata. Poznato je da su resursi željeza u svijetu praktično neograničeni, ali mnoge zemlje uvoze željezne rude, to se odnosi i na Rusiju.
Aluminijum je široko rasprostranjen u zemlji. Globalno, njegova proizvodnja dostiže dvadeset miliona tona, koristeći uglavnom boksit. Poznato je da je Rusija na devetom mjestu po rezervama boksita, iako je na drugom mjestu po proizvodnji primarnog metala.
Od kojih se metala najčešće prave?
Uloga gvožđa i njegovih legura u formiranju moderne civilizacije je neprocenjiva. U industriji je ovaj metal oduvijek igrao vodeću ulogu. Ova uloga nije izgubljena ni danas, međutim, od druge polovine dvadesetog veka, obojeni metali su počeli da dobijaju veliki značaj. Međutim, željezna ruda se koristi za proizvodnju čelika i lijevanog željeza u ogromnim količinama. 
Mangan se koristi u metalurgiji i industriji, a koristi se i njegova sposobnost formiranja legura sa gotovo svim poznatim metalima. Proizvedeno je nekoliko vrsta manganskog čelika i mnoge legure bez željeza. Posebno se ističe legura mangana i bakra. Mangan se često dodaje čeliku kako bi se povećala njegova čvrstoća. Mangan se koristi za prečišćavanje metala od sumpora.
Aluminij se, zahvaljujući jedinstvenoj kombinaciji svojih svojstava, koristi u gotovo svim oblastima tehnologije, posebno u obliku legura. U elektronici uspješno zamjenjuje bakar u proizvodnji masivnih vodiča. Prilikom proizvodnje električnih ispravljača i kondenzatora nemoguće je bez ultra čistog aluminija. Koristi se i za proizvodnju reflektora ogledala.
Prije dvadesetak godina rijetko se moglo vidjeti prozorske okvire ili građevinske komponente napravljene od aluminija. Danas se od aluminijumskih profila izrađuju reklamni baneri, paviljoni, pregrade, okviri za stubove i dr. Popularnost ovog metala objašnjava se njegovim nevjerovatnim svojstvima - otpornošću na koroziju, izdržljivošću i čvrstoćom. Metal ne sadrži štetne elemente, što ukazuje na visoku ekološku čistoću metala.
Kao što znate, legura magnezijuma ima jedinstveno svojstvo - ne topi se na ultra visokim temperaturama. Zato je takva legura pravi nalaz za proizvodnju dijelova motora i aviona koji rade na ekstremno visokim temperaturama. Svemirske rakete takođe ne mogu bez legura magnezijuma.
Uloga titanijuma u tehnologiji je važna. Pošto je šest puta jači od aluminijuma, duplo je teži. Još jedno od njegovih korisnih svojstava je njegova vatrostalnost, topi se na temperaturi od 1668 stepeni, što prelazi tačku topljenja čelika. Brzina aviona napravljenih od legura titanijuma bila je tri puta veća od brzine zvuka. Zbog trenja njihove kože o atmosferu nastaju znatne temperature, ali vatrostalnost titana sprječava topljenje kože. Hemijska otpornost titanijuma je jedinstvena. Poznato je da se hemijska oprema napravljena od legura titanijuma može koristiti mnogo duže od slične opreme od nerđajućeg čelika.
Najčešći metal na zemlji
Aluminijum se naziva leteći metal. Poznato je da je to najčešći metal na planeti. Njegov udio po masi u zemljinoj kori je 8,6 posto. Hemijska aktivnost ovog metala onemogućuje ga pronalaženje u prirodi u čistom obliku, ali je poznato više od stotinu minerala aluminija, većinom aluminosilikati.Aluminij kombinuje čitav niz vrijednih svojstava - visoku duktilnost i toplinsku provodljivost, nisku gustoću i električnu provodljivost, uz to - otpornost na koroziju. Zahvaljujući tome, može se kovati, valjati, štancati i crtati.
Njegova najčešća legura je duralumin. Koristi se kao osnova u proizvodnji avionskih krila i trupa. Poznato je da je školjka prvog vještačkog Zemljinog satelita napravljena od aluminijskih legura. Koristi se u građevinarstvu i industriji. Od letećeg metala izrađuju se dijelovi raznih strojeva, opreme za proizvodnju raznih organskih tvari i kiselina, prozorskih okvira i vanjskih obloga visokih zgrada, čamaca na vesla i motornih čamaca, namještaja, posuđa i sl.
U Francuskoj postoji aluminijski prekookeanski brod od tri stotine metara. Ne samo da je trup napravljen od aluminijuma, već i pregrade, unutrašnji delovi, zidovi kabine, pa čak i sav nameštaj.
Pa, najskuplji metali na svijetu nisu uvršteni na listu najčešćih... O najskupljim metalima možete pročitati i na našoj web stranici.
Pretplatite se na naš kanal u Yandex.Zen
Čudno - aluminijum
Najčešći metal na zemlji je aluminijum. Aluminijum (lat. Aluminium), Al je hemijski element grupe III periodnog sistema Mendeljejeva. Atomski broj 13, atomska masa 26,9815. Srebrno-bijeli laki metal. Sastoji se od jednog stabilnog izotopa 27Al.
Istorijska referenca
Naziv aluminijum dolazi od latinskog. alumen - dakle još 500. godine pne. e. nazvan aluminijski alum, koji se koristio kao jedkalo za bojenje tkanina i za štavljenje kože. Danski naučnik H. K. Oersted je 1825. godine, djelujući s kalijevim amalgamom na bezvodni AlCl 3, a zatim destilacijom žive, dobio relativno čist aluminijum. Prvu industrijsku metodu za proizvodnju aluminija predložio je 1854. francuski kemičar A. E. Saint-Clair Deville: metoda se sastojala u redukciji dvostrukog klorida aluminija i natrijuma Na 3 AlCl 6 metalnim natrijem. Po boji sličan srebru, aluminijum je u početku bio veoma skup. Od 1855. do 1890. proizvedeno je samo 200 tona aluminijuma. Modernu metodu proizvodnje aluminijuma elektrolizom taline kriolit-aluminijum-oksida razvili su 1886. istovremeno i nezavisno C. Hall u SAD i P. Heroux u Francuskoj.
Rasprostranjenost aluminijuma u prirodi
Po zastupljenosti u prirodi, aluminijum je na trećem mestu posle kiseonika i silicijuma i na prvom među metalima. Njegov sadržaj u zemljinoj kori iznosi 8,80% po težini. Aluminij se ne pojavljuje u slobodnom obliku zbog svoje hemijske aktivnosti. Poznato je nekoliko stotina minerala aluminijuma, uglavnom aluminosilikata. Boksit, alunit i nefelin su od industrijskog značaja. Nefelinske stijene su siromašnije glinicom od boksita, ali njihova složena upotreba proizvodi važne nusproizvode: sodu, potašu, sumpornu kiselinu. U SSSR-u je razvijena metoda za integriranu upotrebu nefelina. Nefelinske rude u SSSR-u formiraju, za razliku od boksita, vrlo velika ležišta i stvaraju praktički neograničene mogućnosti za razvoj industrije aluminija.
Fizička svojstva aluminijuma
Aluminij kombinira vrlo vrijedan skup svojstava: nisku gustinu, visoku toplotnu i električnu provodljivost, visoku duktilnost i dobru otpornost na koroziju. Može se lako kovati, štancati, valjati, crtati. Aluminijum se dobro zavari gasnim, kontaktnim i drugim vrstama zavarivanja. Aluminijska rešetka je kubno centrirana s parametrom a = 4,0413 Å. Svojstva aluminijuma, kao i svih metala, stoga zavise od njegove čistoće. Svojstva aluminijuma visoke čistoće (99,996%): gustina (na 20°C) 2698,9 kg/m 3 ; t pl 660,24°C; tačka ključanja oko 2500°C; koeficijent termičkog širenja (od 20° do 100°C) 23,86·10 -6 ; toplotna provodljivost (na 190°C) 343 W/m·K, specifični toplotni kapacitet (na 100°C) 931,98 J/kg·K. ; električna provodljivost u odnosu na bakar (na 20 °C) 65,5%. Aluminijum ima malu čvrstoću (zatezna čvrstoća 50-60 Mn/m2), tvrdoću (170 Mn/m2 prema Brinelu) i visoku duktilnost (do 50%). Prilikom hladnog valjanja, vlačna čvrstoća aluminijuma raste na 115 MN/m2, tvrdoća - do 270 MN/m2, relativno izduženje se smanjuje na 5% (1 MN/m2 ~ i 0,1 kgf/mm2). Aluminij je visoko poliran, anodiziran i ima visoku refleksivnost blizu srebra (reflektira do 90% energije upadne svjetlosti). Imajući visok afinitet prema kiseoniku, aluminijum u vazduhu je prekriven tankim, ali veoma jakim filmom Al 2 O 3 oksida, koji štiti metal od dalje oksidacije i određuje njegova visoka antikorozivna svojstva. Čvrstoća oksidnog filma i njegov zaštitni efekat značajno se smanjuju u prisustvu nečistoća žive, natrijuma, magnezijuma, bakra itd. Aluminijum je otporan na atmosfersku koroziju, morsku i slatku vodu, praktički ne stupa u interakciju sa koncentrovanim ili jako razblaženim azotom. kiselina, organske kiseline, prehrambeni proizvodi.
Hemijska svojstva aluminijuma
Vanjski elektronski omotač atoma aluminija sastoji se od 3 elektrona i ima strukturu 3s 2 3p 1. U normalnim uslovima, aluminijum u jedinjenjima je 3-valentan, ali na visokim temperaturama može biti monovalentan, formirajući takozvana podjedinjenja. Aluminijevi subhalogenidi, AlF i AlCl, stabilni samo u plinovitom stanju, u vakuumu ili inertnoj atmosferi, kada se temperatura snizi, razlažu se (neproporcionalno) na čisti Al i AlF 3 ili AlCl 3 i stoga se mogu koristiti za proizvodnju ultračistog aluminija . Kada se zagrije, fino mljeveni ili u prahu aluminij snažno gori na zraku. Sagorevanjem aluminijuma u struji kiseonika postižu se temperature iznad 3000°C. Svojstvo aluminija da aktivno djeluje s kisikom koristi se za obnavljanje metala iz njihovih oksida (aluminotermija). Na tamnocrvenoj toploti, fluor energično stupa u interakciju sa aluminijumom, formirajući AlF 3 . Hlor i tečni brom reaguju sa aluminijumom na sobnoj temperaturi, jod - kada se zagreju. Na visokim temperaturama, aluminijum se kombinuje sa azotom, ugljenikom i sumporom, formirajući AlN nitrid, Al 4 C 3 karbid i Al 2 S 3 sulfid, respektivno. Aluminijum ne stupa u interakciju sa vodonikom; Aluminijum hidrid (AlH 3) X je dobijen indirektno. Od velikog interesa su dvostruki hidridi aluminijuma i elementi grupe I i II periodnog sistema sastava MeH n · n AlH 3, tzv. aluminijum hidridi. Aluminij se lako otapa u alkalijama, oslobađajući vodonik i formirajući aluminate. Većina soli aluminijuma je visoko rastvorljiva u vodi. Otopine soli aluminija pokazuju kiselu reakciju zbog hidrolize.
Getting Aluminium
U industriji se aluminijum proizvodi elektrolizom glinice Al 2 O 3 otopljene u rastopljenom kriolitu NasAlF 6 na temperaturi od oko 950°C. Koriste se elektrolizatori tri glavne izvedbe: 1) elektrolizatori sa kontinuiranim samopečećim anodama i bočnim napajanjem struje , 2) isti, ali sa gornjim napajanjem struje i 3) elektrolizatori sa pečenim anodama. Elektrolitsko kupatilo je gvozdeno kućište, iznutra obloženo toplotno i elektroizolacionim materijalom - vatrostalnim ciglama, i obloženo ugljenim pločama i blokovima. Radni volumen je ispunjen rastopljenim elektrolitom koji se sastoji od 6-8% glinice i 94-92% kriolita (obično uz dodatak AlF 3 i oko 5-6% mješavine fluorida kalija i magnezija). Katoda je dno kupke, anoda su izgorjeli ugljični blokovi uronjeni u elektrolit ili punjene samopečeće elektrode. Kada struja prođe, na katodi se oslobađa rastopljeni aluminijum koji se akumulira na ognjištu, a na anodi - kiseonik, koji sa ugljičnom anodom stvara CO i CO 2 . Glinica, glavni potrošni materijal, ima visoke zahtjeve za čistoćom i veličinom čestica. Prisustvo u njemu oksida elemenata koji su elektropozitivniji od aluminijuma dovodi do kontaminacije aluminijuma. Uz dovoljan sadržaj glinice, kada radi normalno na električnom naponu reda 4-4,5 V. Kupke su povezane na izvor jednosmjerne struje u seriji (u nizu od 150-160 kupki). Moderni elektrolizatori rade na strujama do 150 kA. Aluminij se obično uklanja iz kupke pomoću vakumske kutlače. Rastopljeni aluminijum čistoće 99,7% se sipa u kalupe. Aluminijum visoke čistoće (99,9965%) dobija se elektrolitičkim rafiniranjem primarnog aluminijuma takozvanom troslojnom metodom, kojom se smanjuje sadržaj nečistoća Fe, Si i Cu. Istraživanja procesa elektrolitičke rafinacije aluminija korištenjem organskih elektrolita pokazala su fundamentalnu mogućnost dobivanja aluminija čistoće od 99,999% uz relativno nisku potrošnju energije, ali do sada ova metoda ima nisku produktivnost. Za dubinsko prečišćavanje aluminijuma koristi se zonsko topljenje ili destilacija kroz subfluorid.
Primena aluminijuma
Tokom elektrolitičke proizvodnje aluminijuma može doći do strujnog udara, visoke temperature i štetnih gasova. Da bi se izbjegle nesreće, kade su pouzdano izolirane; Zdrava atmosfera se održava efikasnom ventilacijom. Uz stalno udisanje prašine metalnog aluminija i njegovog oksida može doći do plućne aluminoze. Radnici koji se bave proizvodnjom aluminijuma često imaju katare gornjih disajnih puteva (rinitis, faringitis, laringitis). Maksimalna dozvoljena koncentracija prašine metalnog aluminijuma, njegovih oksida i legura u vazduhu je 2 mg/m 3.
Kombinacija fizičkih, mehaničkih i hemijskih svojstava aluminijuma određuje njegovu široku upotrebu u gotovo svim oblastima tehnologije, posebno u obliku njegovih legura sa drugim metalima. U elektrotehnici aluminijum uspešno zamenjuje bakar, posebno u proizvodnji masivnih provodnika, na primer, u nadzemnim vodovima, visokonaponskim kablovima, rasklopnim autobusima, transformatorima (električna provodljivost aluminijuma dostiže 65,5% električne provodljivosti bakra, a više je od tri puta lakši od bakra s poprečnim presjekom koji pruža istu provodljivost, masa aluminijskih žica je upola manja od bakrene); Ultra-čisti aluminij se koristi u proizvodnji električnih kondenzatora i ispravljača, čije se djelovanje temelji na sposobnosti filma od aluminijskog oksida da propušta električnu struju samo u jednom smjeru. Ultračisti aluminijum, prečišćen zonskim topljenjem, koristi se za sintezu poluprovodničkih jedinjenja tipa A III B V, koji se koriste za proizvodnju poluprovodničkih uređaja. Čisti aluminijum se koristi u proizvodnji raznih vrsta reflektora ogledala. Aluminij visoke čistoće se koristi za zaštitu metalnih površina od atmosferske korozije (obloga, aluminijska boja). Posjedujući relativno nizak presjek apsorpcije neutrona, aluminij se koristi kao strukturni materijal u nuklearnim reaktorima.
Aluminijski rezervoari velikog kapaciteta pohranjuju i transportuju tekuće plinove (metan, kisik, vodonik itd.), dušičnu i octenu kiselinu, čistu vodu, vodikov peroksid i jestiva ulja. Aluminij ima široku primjenu u opremi i aparatima prehrambene industrije, za pakovanje hrane (u obliku folije), te za proizvodnju raznih vrsta proizvoda za domaćinstvo. Potrošnja aluminijuma za završnu obradu zgrada, arhitektonskih, transportnih i sportskih objekata naglo je porasla.
Aluminijum u metalurgiji
U metalurgiji je aluminijum (pored legura na njegovoj bazi) jedan od najčešćih legirajućih aditiva u legurama na bazi Cu, Mg, Ti, Ni, Zn i Fe. Aluminij se također koristi za deoksidaciju čelika prije izlivanja u kalup, kao i u procesima proizvodnje određenih metala metodom aluminotermije. Na bazi aluminijuma, metalurgijom praha je kreiran SAP (sinterovani aluminijumski prah) koji ima visoku toplotnu otpornost na temperaturama iznad 300°C.
Aluminij se koristi u proizvodnji eksploziva (amonal, alumotol). Široko se koriste različita jedinjenja aluminijuma.
Proizvodnja i potrošnja aluminijuma kontinuirano raste, značajno nadmašujući stopu rasta proizvodnje čelika, bakra, olova i cinka.
Geohemija aluminijuma
Geohemijske karakteristike aluminijuma su određene njegovim visokim afinitetom prema kiseoniku (u mineralima aluminijum je uključen u oktaedre kiseonika i tetraedre), konstantnom valentnošću (3) i niskom rastvorljivošću većine prirodnih jedinjenja. U endogenim procesima tokom stvrdnjavanja magme i formiranja magmatskih stijena, aluminij ulazi u kristalnu rešetku feldspata, liskuna i drugih minerala - aluminosilikata. U biosferi, aluminijum je slab migrant; U vlažnoj klimi, gdje razgradni ostaci bogate vegetacije stvaraju mnoge organske kiseline, aluminijum migrira u tlu i vode u obliku organomineralnih koloidnih jedinjenja; Aluminij se adsorbira koloidima i taloži u donjem dijelu tla. Veza između aluminijuma i silicijuma je delimično prekinuta i na nekim mestima u tropima nastaju minerali - aluminijum hidroksidi - bemit, dijaspore, hidrargilit. Većina aluminija je dio aluminosilikata - kaolinita, beidelita i drugih minerala gline. Slaba pokretljivost određuje zaostalu akumulaciju aluminijuma u koru vlažnih tropskih krajeva. Kao rezultat, nastaje eluvijalni boksit. U prošlim geološkim epohama, boksit se akumulirao i u jezerima i obalnim zonama mora u tropskim regijama (na primjer, sedimentni boksiti Kazahstana). U stepama i pustinjama, gdje ima malo žive tvari, a vode su neutralne i alkalne, Aluminij gotovo ne migrira. Migracija aluminijuma je najsnažnija u vulkanskim područjima, gde se primećuju visoko kisele rečne i podzemne vode bogate aluminijumom. Na mjestima gdje se kisele vode miješaju sa alkalnim - morskim vodama (na ušćima rijeka i dr.), aluminij se taloži sa stvaranjem naslaga boksita.
Aluminijum u kućištu
Aluminij je dio tkiva životinja i biljaka; u organima sisara je nađeno od 10 -3 do 10 -5% aluminijuma (na sirovoj bazi). Aluminij se nakuplja u jetri, gušterači i štitnoj žlijezdi. U biljnim proizvodima sadržaj aluminija kreće se od 4 mg na 1 kg suhe tvari (krompir) do 46 mg (žuta repa), u proizvodima životinjskog porijekla - od 4 mg (med) do 72 mg na 1 kg suhe tvari ( govedina). U dnevnoj ljudskoj ishrani sadržaj aluminijuma dostiže 35-40 mg. Organizmi za koje se zna da koncentrišu aluminijum su, na primer, mahovine (Lycopodiaceae), koje sadrže do 5,3% aluminijuma u svom pepelu, i mekušci (Helix i Lithorina), koji sadrže 0,2-0,8% aluminijuma u svom pepelu. Formiranjem nerastvorljivih jedinjenja sa fosfatima, aluminijum remeti ishranu biljaka (apsorpcija fosfata korenom) i životinja (apsorpcija fosfata u crevima).
Na osnovu materijala sa chem100.ru
