Les métaux sont un groupe d'éléments qui possèdent des propriétés uniques telles que la conductivité électrique, un transfert thermique élevé, un coefficient de résistance positif, un éclat caractéristique et une ductilité relative. Ce type de substance est simple en composés chimiques.
Classement par groupes
Les métaux font partie des matériaux les plus couramment utilisés par l’humanité à travers l’histoire. La plupart d'entre eux sont situés dans les couches moyennes de la croûte terrestre, mais il y en a aussi qui sont cachés au plus profond des dépôts montagneux.
À l'heure actuelle, les métaux occupent la majeure partie du tableau périodique (94 éléments sur 118). Parmi les groupes officiellement reconnus, il convient de noter les groupes suivants :
1. Alcalin(lithium, potassium, sodium, francium, césium, rubidium). Au contact de l'eau, ils forment des hydroxydes.
2. Terre alcaline(calcium, baryum, strontium, radium). Ils diffèrent par leur densité et leur dureté.
3. Poumons(aluminium, plomb, zinc, gallium, cadmium, étain, mercure). En raison de leur faible densité, ils sont souvent utilisés dans les alliages.
4. De transition(uranium, or, titane, cuivre, argent, nickel, fer, cobalt, platine, palladium, etc.). Ils ont des états d'oxydation variables.
5. Semi-métaux(germanium, silicium, antimoine, bore, polonium, etc.). Ils ont un réseau cristallin covalent dans leur structure.
6. Actinoïdes(américium, thorium, actinium, berkelium, curium, fermium, etc.).
7. Lanthanides(gadolinium, samarium, cérium, néodyme, lutécium, lanthane, erbium, etc.).
Il convient de noter qu’il existe des métaux dans la croûte terrestre et d’autres qui ne sont pas définis en groupes. Ceux-ci incluent le magnésium et le béryllium.
Composés natifs
Dans la nature, il existe une classe distincte de codification chimique cristalline. Ces éléments comprennent des minéraux natifs dont la composition n’est pas liée les unes aux autres. Le plus souvent, les métaux natifs dans la nature se forment à la suite de processus géologiques.
45 substances sont connues à l'état cristallin dans la croûte terrestre. La plupart d’entre eux sont extrêmement rares dans la nature, d’où leur coût élevé. La part de ces éléments n'est que de 0,1%. Il convient de noter que la recherche de ces métaux est également un processus coûteux et fastidieux. Il est basé sur l’utilisation d’atomes dotés de coquilles et d’électrons stables.
Les métaux natifs sont également appelés métaux nobles. Ils se caractérisent par l'inertie chimique et la stabilité des composés. Il s'agit notamment de l'or, du palladium, du platine, de l'iridium, de l'argent, du ruthénium, etc. Le cuivre se trouve le plus souvent dans la nature. Le fer à l’état natif est présent principalement dans les gisements montagneux sous forme de météorites. Les éléments les plus rares du groupe sont le plomb, le chrome, le zinc, l'indium et le cadmium.
Propriétés de base
Presque tous les métaux, dans des conditions normales, sont durs et résistants. L'exception est le francium et le mercure, qui sont alcalins pour tous les éléments du groupe. Sa plage va de -39 à +3410 degrés Celsius. Le tungstène est considéré comme le plus résistant à la fusion. Ses composés ne perdent leur stabilité qu'à +3400 C. Parmi les métaux facilement fondants, il faut distinguer le plomb et l'étain.
Les éléments sont également divisés selon leur densité (légère et lourde) et leur plasticité (dure et molle). Tous les composés métalliques sont d’excellents conducteurs de courant. Cette propriété est déterminée par la présence de réseaux cristallins contenant des électrons actifs. Le cuivre, l'argent et l'aluminium ont la conductivité maximale, le sodium a une conductivité légèrement inférieure. Il convient de noter les propriétés thermiques élevées des métaux. L'argent est considéré comme le meilleur conducteur de chaleur, le mercure comme le pire.
Métaux dans l'environnement
Le plus souvent, ces éléments se trouvent dans les minerais. Les métaux forment naturellement des sulfites, des oxydes et des carbonates. Pour purifier les composés, il faut d’abord les isoler du minerai. La prochaine étape est l'alliage et la finition.
En métallurgie industrielle, on distingue les minerais ferreux et non ferreux. Les premiers sont construits à base de composés de fer, les seconds à base d'autres métaux. Les métaux précieux sont le platine, l'or et l'argent. La plupart d’entre eux sont situés dans la croûte terrestre. Toutefois, une petite part provient également de l’eau de mer.
Il existe des éléments nobles même dans les organismes vivants. Les humains contiennent environ 3 % de composés métalliques. Dans une large mesure, le corps contient du sodium et du calcium, qui agissent comme un électrolyte intercellulaire. Le magnésium est nécessaire au fonctionnement normal du système nerveux central et de la masse musculaire, le fer est bon pour le sang, le cuivre est bon pour le foie.
Trouver des composés métalliques
La plupart des éléments se trouvent partout sous la couche supérieure du sol. Le métal le plus répandu dans la croûte terrestre est l'aluminium. Son pourcentage varie dans les 8,2%. Il est facile de trouver le métal le plus répandu dans la croûte terrestre, car il se présente sous forme de minerais.
Le fer et le calcium sont un peu moins présents dans la nature. Leur pourcentage est de 4,1%. Viennent ensuite le magnésium et le sodium - 2,3 % chacun, le potassium - 2,1 %. Les métaux restants dans la nature n'en occupent pas plus de 0,6 %. Il est à noter que le magnésium et le sodium peuvent être obtenus aussi bien dans l’eau terrestre que dans l’eau de mer.
Les éléments métalliques se présentent dans la nature sous forme de minerais ou à l’état natif, comme le cuivre ou l’or. Il existe des substances qui doivent être obtenues à partir d'oxydes et de sulfures, par exemple l'hématite, le kaolin, la magnétite, la galène, etc.
Production de métaux
La procédure d'extraction des éléments se résume à l'extraction des minéraux. La découverte de métaux dans la nature sous forme de minerais est le processus le plus simple et le plus courant dans une vaste industrie. Pour rechercher des gisements cristallins, un équipement géologique spécial est utilisé pour analyser la composition des substances sur un terrain spécifique. Moins souvent, la découverte de métaux dans la nature se résume à la banale méthode souterraine à ciel ouvert.
Après l'exploitation minière, l'étape d'enrichissement commence, lorsque le concentré de minerai est séparé du minéral d'origine. Pour distinguer les éléments, le mouillage, le courant électrique, les réactions chimiques et le traitement thermique sont utilisés. Le plus souvent, la libération de minerai métallique résulte d'une fusion, c'est-à-dire d'un chauffage avec réduction.
Extraction d'aluminium
Ce processus est réalisé par la métallurgie des non-ferreux. En termes d'échelle de consommation et de production, elle est leader parmi les autres industries lourdes. Le métal le plus répandu dans la croûte terrestre est très demandé dans le monde moderne. En termes de volume de production, l'aluminium est juste derrière l'acier.
Cet élément est le plus utilisé dans les industries aéronautique, automobile et électrique. Il est à noter que le métal le plus répandu dans la croûte terrestre peut également être obtenu « artificiellement ». Une telle réaction chimique nécessiterait de la bauxite. De l'alumine en est formée. En combinant cette substance avec des électrodes de carbone et du sel fluorure sous l'influence du courant électrique, vous pouvez obtenir le plus pur
Le principal pays producteur de ce composant est la Chine. Jusqu'à 18,5 millions de tonnes de métal y sont fondues chaque année. L'entreprise leader dans un classement similaire pour la production d'aluminium est l'association russo-suisse UC RUSAL.
Application de métaux
Tous les éléments du groupe sont durables, impénétrables et relativement résistants à la température. C'est pourquoi les métaux sont si courants dans la vie quotidienne. Aujourd’hui, ils sont utilisés pour fabriquer des fils électriques, des résistances, des équipements et des articles ménagers.
Les métaux sont des matériaux structurels idéaux et des alliages purs et combinés sont utilisés dans la construction. Dans la construction mécanique et l'aviation, les principales connexions sont l'acier et les liaisons plus dures.
L'aluminium est l'un des éléments les plus courants dans la nature, dépassé seulement par l'oxygène et le silicium, et parmi les métaux, il se classe au premier rang en abondance. Il y en a tellement que les experts estiment que sa fraction massique dans la croûte terrestre peut atteindre 8 %. En tant qu'élément chimique, l'aluminium se trouve dans un grand nombre de minéraux, par exemple dans les saphirs et les rubis, dans le granit et le feldspath, dans les émeraudes et, bien sûr, dans la bauxite - le minerai d'aluminium.
Propriétés de l'aluminium
Parmi les principales propriétés physiques de l’aluminium, il convient particulièrement de noter :
Très faible densité, trois fois inférieure à la densité de l'acier, du zinc et du cuivre (l'aluminium est un métal léger) ;
- une conductivité électrique élevée, dont la valeur est juste derrière le cuivre et l'argent ;
- conductivité thermique élevée ;
- résistance à la corrosion;
- haute ductilité (métal mou) ;
- capacité de réflexion ;
- le paramagnétisme ;
- la capacité de former des alliages avec d'autres métaux ;
- maintenir la ductilité et augmenter la résistance à très basse température ;
- non toxique.
L'aluminium est facilement traité par des moyens mécaniques ; il peut être soumis à un traitement à froid et à chaud, roulé en une feuille et un fil les plus fins et transformé en poudre.
Sous sa forme pure, l'aluminium est un métal très actif qui réagit chimiquement avec les acides et les alcalis, l'oxygène, le carbone, l'azote, les halogènes, l'eau et d'autres substances.
Paradoxalement, la résistance exceptionnelle à la corrosion de l’aluminium repose sur la réactivité chimique du métal. Dans l'air, l'aluminium est immédiatement recouvert d'un film d'Al2O3 qui, dans des conditions normales, protège de manière fiable le métal de toute réaction ultérieure. Par conséquent, l’aluminium n’est pratiquement jamais trouvé sous sa forme native, uniquement sous forme de composés.
Application de l'aluminium
L'aluminium est un métal extrêmement populaire dans de nombreux domaines scientifiques et industriels. Il est produit en millions de tonnes par an, de plus en plus chaque année. L’utilisation de l’aluminium dans la fabrication de nouveaux matériaux composites modernes est très prometteuse.
Fabriqué en aluminium :
Divers alliages qui, ayant hérité de la faible densité de l'aluminium, sont durables, ce qui les rend adaptés à la production de tuyaux, profilés, éléments structurels tels que pistons et roulements, pièces de moteurs et carters d'avions et d'automobiles ;
- fils, câbles, fils pour lignes électriques et conducteurs pour puces électroniques ;
- les plats et récipients pour préparer et conserver les aliments ;
- pièces de moteurs, systèmes de refroidissement et de chauffage ;
- miroirs, réflecteurs de télescopes, réflecteurs ;
- des matériaux d'emballage à taux de recyclage élevé ;
- les matériaux de toiture ;
- poudre d'aluminium pour la production de peintures résistantes aux conditions extérieures défavorables ;
- feuilles d'aluminium pour condensateurs, isolateurs, imprimerie, emballage alimentaire ;
- composants de mélanges explosifs et pyrotechniques, combustible solide pour fusée, mélange de thermite pour le soudage de structures à parois épaisses.
De plus, l'aluminium est utilisé : 
En tant que réactif chimique important - un agent réducteur ;
- en métallurgie ;
- en technologie cryogénique ;
- pour l'aluminisation (revêtement d'une fine couche d'aluminium).
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Malgré le fait que les métaux prédominent parmi les éléments chimiques, leur contenu naturel est inférieur à celui des non-métaux. La teneur de tous les métaux dans la croûte terrestre est d'environ 25 % en poids. %, tandis que la part des non-métaux, ne constituant que 1/4 de tous les éléments, atteint 75 %. Cependant, il convient de noter qu'une part aussi importante est assurée par presque seulement deux non-métaux : O (47,2 %) et Si (27,6 %).
Les métaux les plus courants dans la nature sontAl (8,1%), Fe (5,1 %),etCalifornie, Mg, N / A, K. (le % total de métaux du bloc S est de 11).
Sur les 86 métaux, seuls six ont une teneur dans la croûte terrestre supérieure à 1 %.
Présence de métaux dans la croûte terrestre
Dans la croûte terrestre, la grande majorité des métaux sont sous forme oxydée.
Les métaux se trouvent dans la nature sous forme de composés contenant plus d'éléments électronégatifs : oxygène, soufre, halogènes, ainsi que sous forme de carbonates, phosphates, sulfates, etc. De nombreux métaux se trouvent dans la croûte terrestre sous forme de divers silicates. et les aluminosilicates, complexes en composition et en structure. Les minéraux les plus courants sont les aluminosilicates et les silicates de composition et de structure les plus diverses. Ces minéraux sont toujours présents dans tous les minerais métalliques. En plus des aluminosilicates, les oxydes et les carbonates sont assez courants dans la nature.
Les sulfures naturels sont utilisés pour produire de nombreux métaux lourds non ferreux importants : Cu, Zn, Pb, Ni, Co, Cd, Mo.
Les halogénures naturels sont utilisés pour obtenir Na, K, Mg.
De plus, il existe d'autres types de minéraux dans la nature : sulfates, phosphates ; tungstates : wolframite - (Fe,Mn)WO 4 , scheelite - CaWO 4 ; chromates - crocoïte - PbCrO 4, vanadinite - Pb 3 (VO 4)Cl 3, etc.
Composés naturels de métaux du bloc S
Parmi les métaux du bloc S, les dix éléments les plus courants comprennent Ca, Na, K et Mg. Parmi les composés naturels de ces métaux, la plus grande part est constituée de divers aluminosilicates et silicates, dont est principalement constituée la croûte terrestre. De plus, la composition des silicates et des aluminosilicates
Les métaux S se présentent sous forme de cations. Les minéraux Li et Be les plus courants sont les aluminosilicates : le spodumène LiAl(SiO 3) 2 et le béryl Be 3 Al 2 (Si 6 O 18), à partir desquels sont obtenus le lithium et le béryllium.
En plus des aluminosilicates, les carbonates sont assez courants dans la nature.
Pour obtenir Na, K, Mg, on utilise principalement des halogénures naturels. Des sulfates naturels sont également connus.
Minéraux métalliques du bloc S
bloc s
| Moi | X moi | Minéraux utilisés pour la production industrielle de métaux | Masse% Moi dans la nature |
| Li | +1 | Spodumène LiAl(SiO 3) 2 ou Li 2 O. Al2O3. 4SiO2 | 0,0032 |
| N / A | +1 | Halite NaCl | 2,8 |
| K | +1 | Silvin KCl | 2,6 |
| Être | +2 | Béryl Be 3 Al 2 (Si 6 O 18) ou 3BeO. Al2O3. 6SiO2 | 0,0006 |
| Mg | +2 | Carnallite MgCl 2 . KCl. 6H 2 Ob bischofite MgCl 2 . 6H2O | 2,4 |
| Californie | +2 | CalciteCaCO3 | 3,6 |
| Sr | +2 | Célestine SrSO 4 | 0,04 |
| Ba | +2 | Baryte BaSO 4 | 0,05 |
Composés naturels de métaux du bloc P utilisés pour obtenir des métaux
Le métal le plus répandu dans la nature est l'aluminium. On le trouve dans la croûte terrestre sous forme d'aluminosilicates, de composition et de structure diverses. Le minerai de bauxite est principalement utilisé pour produire de l'aluminium.
Le plomb et le bismuth sont présents dans la nature sous forme de sulfures. L'étain est obtenu à partir de l'oxyde naturel SnO 2 (le minéral cassitérite).
| Moi | X moi | Minéraux utilisés pour la production industrielle de métaux | Masse% Me dans le sol |
| Al | Le minerai de bauxite contient : des oxydes hydratés : AlOOH - boehmite et diaspore et Al(OH) 3 - hydrargelite (gibbsite) et bayérite, de l'oxyde Al 2 O 3 - corindon, ainsi que des oxydes de fer hydratés (+3), et des silicates, aluminosilicates et oxyde de silicium | 8,1 | |
| Sn | +4 | Cassitérite SnO 2 | |
| Pb | +2 | Halite PbS |
Minéraux de métaux du bloc P. Cassitérite. Gibbsite. Hydrargylite
Types de minéraux utilisés pour produire des métaux D
| groupe | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | I2 |
| métal |
Sc | Ti | V | Cr | Mn | Fe | Co | Nje | Cu | Zn |
| X dans des composés naturels | 3 | 4 | 3, 4, 5 | 3, 6 | 4, 2, 3 | 3, 2 | 2 | 2 | 2, 1 | 2 |
| Types de minéraux essentiels | Silicates | oxydes | Vanadates | oxydes | oxydes | oxydes | Sulfures |
|||
| Sulfures | Sulfures | |||||||||
Minéraux utilisés pour la production industrielle de métaux du bloc D
| Moi | X moi | Minéraux utilisés pour la production industrielle de métaux | Masse% Me dans le sol |
| Sc | +3 | Sc2Si2O7, ScPO4 . 2H2O | 6.10-4 |
| Ti | +4 | Rutile TiO 2, ilménite FeO.TiO 2 ºFe(TiO 3), titanomagnétites Fe(TiO 3) . nFe 2 O 3 , pérovskite Ca(TiO 3) |
0,57 |
| V | +4,+5 | Patronite VS 2, vanadinite Pb 5 (VO 4) 3 Cl | 0,015 |
| Cr | +3 | Chromite FeO. Cr2O3 | 0,008 |
| Mn | +4, +3,+2 | Pyrolusite MnO 2, hausmannite Mn 3 O 4, braunite Mn 2 O 3, manganite MnOOH, rhodochrosite MnCO 3 | 0,1 |
| Fe | +3,+2 | Magnétite Fe 3 O 4, Hématite Fe 2 O 3, goethite FeOOH, sidérite FeCO 3, pyrite FeS 2 | 5,1 |
| Co | +2 | Linnéite Co 3 S 4 (CoS . Co 2 S 3), cobaltine CoAsS | 0,004 |
| Ni | +2 | Pétlandite (Fe, Ni) 9 S 8, nickel NiAs, Revdenskite (Ni, Mg) 6 Si 4 O 10 (OH) 8 |
0,008 |
| Cu | +2,+1 | Chalcopyrite CuFeS 2, chalcocite Cu 2 S, covellite CuS, cuprite Cu 2 O, Malachite (CuOH) 2 CO 3 º Cu(OH) 2 . CuCO 3 , azurite Cu(OH) 2 ,2 CuCO 3 | 0,005 |
| Zn | +2 | Sphalérite ZnS, smithsonite ZnCO 3, zincite ZnO | 0,08 |
| Mo | +4 | Molybdénite MoS 2 | 0.0001 |
| W | +6 | Scheelite CaWO 4 , Fe(Mn) WO 4 wolframite | 0.0001 |
| CD | +2 | CdS Greenockite | 0.00001 |
| Hg | +2 | Cinabre HgS | 0, 000008 |
Les métaux les plus courants dans la nature sont largement utilisés par les humains ; leur rôle dans nos vies est inestimable. Il est difficile d’imaginer une production ou une vie sans aluminium, fer ou magnésium.
Quels métaux sont les plus courants ?
Les métaux que l'on trouve le plus souvent sont appelés communs. Leur part dans la croûte terrestre dépasse un dixième de pour cent. Le rôle de ces métaux dans le développement de la civilisation est important. Ce n’est pas pour rien que nous connaissons « l’âge du fer », que nous avons entendu parler du « Space Metal » et que nous savons ce qu’est le « Winged Metal ». Toutes ces expressions font référence à des métaux comme le manganèse, l'aluminium, le titane, le fer et le magnésium.Ces métaux communs sont des composants de nombreux minéraux. On sait qu'en Russie, le fer, le chrome et le manganèse occupent la deuxième position en termes de volume de production après les ressources en carburant et en énergie. On sait que les ressources en fer dans le monde sont pratiquement illimitées, mais de nombreux pays importent du minerai de fer, cela s'applique également à la Russie.
L'aluminium est largement répandu dans la terre. Au niveau mondial, sa production atteint vingt millions de tonnes, utilisant principalement de la bauxite. On sait que la Russie se classe au neuvième rang en termes de réserves de bauxite, bien qu'elle occupe la deuxième place dans la production de métaux primaires.
De quels métaux sont fabriqués les plus courants ?
Le rôle du fer et de ses alliages dans la formation de la civilisation moderne est inestimable. Dans l'industrie, ce métal a toujours joué un rôle de premier plan. Ce rôle n'a pas été perdu aujourd'hui, mais depuis la seconde moitié du XXe siècle, les métaux non ferreux ont commencé à acquérir une grande importance. Cependant, le minerai de fer est utilisé pour produire de l’acier et de la fonte en grandes quantités. 
Le manganèse est utilisé dans la métallurgie et l'industrie, et sa capacité à former des alliages avec presque tous les métaux connus est utilisée. Plusieurs qualités d'acier au manganèse et de nombreux alliages sans fer ont été produits. L'alliage de manganèse et de cuivre se démarque particulièrement. Le manganèse est souvent ajouté à l'acier pour augmenter sa résistance. Le manganèse est utilisé pour purifier les métaux du soufre.
L'aluminium, grâce à la combinaison unique de ses propriétés, est utilisé dans presque tous les domaines technologiques, notamment sous forme d'alliages. En électronique, il remplace avec succès le cuivre dans la production de conducteurs massifs. Lors de la production de redresseurs et de condensateurs électriques, il est impossible de se passer de l'aluminium ultra-pur. Il est également utilisé pour la fabrication de réflecteurs miroirs.
Il y a une vingtaine d'années, il était rare de voir des cadres de fenêtres ou des éléments de construction en aluminium. De nos jours, les banderoles publicitaires, les pavillons, les cloisons, les cadres de piliers, etc. sont fabriqués à partir de profilés en aluminium. La popularité de ce métal s'explique par ses propriétés étonnantes - résistance à la corrosion, durabilité et résistance. Le métal ne contient aucun élément nocif, ce qui indique la haute pureté environnementale du métal.
Comme vous le savez, l'alliage de magnésium a une propriété unique : il ne fond pas à des températures ultra-élevées. C'est pourquoi un tel alliage est une véritable trouvaille pour la fabrication de pièces de moteurs et d'avions fonctionnant à des températures extrêmement élevées. Les fusées spatiales ne peuvent pas non plus se passer des alliages de magnésium.
Le rôle du titane dans la technologie est important. Six fois plus résistant que l’aluminium, il est deux fois plus lourd. Une autre de ses propriétés utiles est son caractère réfractaire : il fond à une température de 1668 degrés, ce qui dépasse le point de fusion de l'acier. La vitesse des avions construits à partir d’alliages de titane était trois fois supérieure à la vitesse du son. En raison du frottement de leur peau contre l'atmosphère, des températures considérables se forment, mais le caractère réfractaire du titane empêche la peau de fondre. La résistance chimique du titane est unique. Il est connu que les équipements chimiques en alliages de titane peuvent être utilisés beaucoup plus longtemps que les équipements similaires en acier inoxydable.
Le métal le plus répandu sur terre
L'aluminium est appelé un métal volant. Il est bien connu que c’est le métal le plus répandu sur la planète. Sa part en masse dans la croûte terrestre est de 8,6 pour cent. L'activité chimique de ce métal rend impossible sa présence dans la nature sous sa forme pure, mais plus d'une centaine de minéraux d'aluminium sont connus, pour la plupart des aluminosilicates.L'aluminium combine toute une gamme de propriétés précieuses - haute ductilité et conductivité thermique, faible densité et conductivité électrique, en plus - résistance à la corrosion. Grâce à cela, il peut être forgé, roulé, estampé et étiré.
Son alliage le plus courant est le duralumin. Il sert de base à la fabrication des ailes et des fuselages des avions. On sait que la coque du premier satellite artificiel de la Terre était constituée d'alliages d'aluminium. Il est utilisé dans la construction et l'industrie. Le métal volant est utilisé pour fabriquer des pièces de diverses machines, des équipements utilisés pour produire diverses substances organiques et acides, des cadres de fenêtres et des revêtements extérieurs d'immeubles de grande hauteur, des bateaux à rames et à moteur, des meubles, de la vaisselle, etc.
En France, il existe un paquebot en aluminium de trois cents mètres. Non seulement la coque est en aluminium, mais aussi les cloisons, les parties internes, les parois de la cabine et même tout le mobilier.
Eh bien, les métaux les plus chers au monde ne sont pas inclus dans la liste des plus courants... Vous pouvez également en savoir plus sur les métaux les plus chers sur notre site Web.
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Curieusement - aluminium
Le métal le plus répandu sur terre est l’aluminium. L'aluminium (lat. Aluminium), Al est un élément chimique du groupe III du tableau périodique de Mendeleev. Numéro atomique 13, masse atomique 26,9815. Métal léger blanc argenté. Se compose d'un isotope stable 27Al.
Référence historique
Le nom Aluminium vient du latin. alumen - donc en 500 avant JC. e. appelé alun d'aluminium, qui était utilisé comme mordant pour teindre les tissus et pour tanner le cuir. Le scientifique danois H. K. Oersted, en 1825, en agissant avec un amalgame de potassium sur AlCl 3 anhydre puis en distillant du mercure, a obtenu de l'aluminium relativement pur. La première méthode industrielle de production d'aluminium a été proposée en 1854 par le chimiste français A. E. Saint-Clair Deville : la méthode consistait en la réduction du chlorure double d'aluminium et de sodium Na 3 AlCl 6 avec du sodium métallique. De couleur similaire à l’argent, l’aluminium était très cher au début. De 1855 à 1890, seules 200 tonnes d’aluminium furent produites. La méthode moderne de production d'aluminium par électrolyse d'une masse fondue de cryolite-alumine a été développée en 1886 simultanément et indépendamment par C. Hall aux États-Unis et P. Héroux en France.
Distribution de l'aluminium dans la nature
En termes d'abondance dans la nature, l'aluminium se classe au 3ème rang après l'oxygène et le silicium et au 1er parmi les métaux. Sa teneur dans la croûte terrestre est de 8,80 % en poids. L'aluminium n'est pas présent sous forme libre en raison de son activité chimique. Plusieurs centaines de minéraux d'aluminium sont connus, principalement des aluminosilicates. La bauxite, l'alunite et la néphéline ont une importance industrielle. Les roches néphéliniques sont plus pauvres en alumine que la bauxite, mais leur utilisation complexe produit des sous-produits importants : soude, potasse, acide sulfurique. Une méthode d'utilisation intégrée des néphélines a été mise au point en URSS. Les minerais de néphéline en URSS forment, contrairement à la bauxite, des gisements très importants et créent des opportunités pratiquement illimitées pour le développement de l'industrie de l'aluminium.
Propriétés physiques de l'aluminium
L'aluminium combine un ensemble de propriétés très précieuses : faible densité, haute conductivité thermique et électrique, haute ductilité et bonne résistance à la corrosion. Il peut être facilement forgé, estampé, roulé, étiré. L'aluminium est bien soudé par soudage au gaz, par contact et autres types de soudage. Le réseau en aluminium est cubique à faces centrées avec le paramètre a = 4,0413 Å. Les propriétés de l’Aluminium, comme de tous les métaux, dépendent donc de sa pureté. Propriétés de l'Aluminium haute pureté (99,996%) : densité (à 20°C) 2698,9 kg/m 3 ; tpl 660,24°C ; point d'ébullition d'environ 2 500°C ; coefficient de dilatation thermique (de 20° à 100°C) 23,86·10 -6 ; conductivité thermique (à 190°C) 343 W/m·K, capacité thermique spécifique (à 100°С) 931,98 J/kg·K. ; conductivité électrique par rapport au cuivre (à 20 °C) 65,5%. L'aluminium a une faible résistance (résistance à la traction 50-60 Mn/m2), une dureté (170 Mn/m2 selon Brinell) et une ductilité élevée (jusqu'à 50 %). Lors du laminage à froid, la résistance à la traction de l'aluminium augmente jusqu'à 115 MN/m2, la dureté - jusqu'à 270 MN/m2, l'allongement relatif diminue jusqu'à 5 % (1 MN/m2 ~ et 0,1 kgf/mm2). L'aluminium est hautement poli, anodisé et possède une réflectivité élevée proche de l'argent (il reflète jusqu'à 90 % de l'énergie lumineuse incidente). Ayant une grande affinité pour l'oxygène, l'aluminium dans l'air est recouvert d'un film fin mais très résistant d'oxyde d'Al 2 O 3, qui protège le métal d'une oxydation ultérieure et détermine ses propriétés anticorrosion élevées. La résistance du film d'oxyde et son effet protecteur diminuent considérablement en présence d'impuretés de mercure, sodium, magnésium, cuivre, etc. L'aluminium résiste à la corrosion atmosphérique, à l'eau de mer et à l'eau douce, n'interagit pratiquement pas avec l'azote concentré ou hautement dilué. acide, acides organiques, produits alimentaires.
Propriétés chimiques de l'aluminium
La couche électronique externe de l’atome d’aluminium est composée de 3 électrons et a la structure 3s 2 3p 1. Dans des conditions normales, l'aluminium dans les composés est 3-valent, mais à haute température, il peut être monovalent, formant ce qu'on appelle des sous-composés. Les sous-halogénures d'aluminium, AlF et AlCl, stables uniquement à l'état gazeux, sous vide ou sous atmosphère inerte, lorsque la température diminue, se décomposent (de manière disproportionnée) en Al pur et AlF 3 ou AlCl 3 et peuvent donc être utilisés pour produire de l'aluminium ultra pur. . Lorsqu'il est chauffé, l'aluminium finement broyé ou en poudre brûle vigoureusement à l'air. En brûlant de l'aluminium dans un courant d'oxygène, des températures supérieures à 3 000°C sont atteintes. La propriété de l’aluminium d’interagir activement avec l’oxygène est utilisée pour restaurer les métaux de leurs oxydes (aluminothermie). À une chaleur rouge foncé, le fluor interagit énergétiquement avec l'aluminium, formant AlF 3 . Le chlore et le brome liquide réagissent avec l'aluminium à température ambiante, l'iode - lorsqu'ils sont chauffés. À haute température, l'aluminium se combine avec l'azote, le carbone et le soufre, formant respectivement du nitrure d'AlN, du carbure d'Al 4 C 3 et du sulfure d'Al 2 S 3. L'aluminium n'interagit pas avec l'hydrogène ; L'hydrure d'aluminium (AlH 3) X a été obtenu indirectement. Les hydrures doubles d'aluminium et les éléments des groupes I et II du système périodique de composition MeH n · n AlH 3, appelés hydrures d'aluminium, sont d'un grand intérêt. L'aluminium se dissout facilement dans les alcalis, libérant de l'hydrogène et formant des aluminates. La plupart des sels d'aluminium sont très solubles dans l'eau. Les solutions de sels d'aluminium présentent une réaction acide due à l'hydrolyse.
Obtenir de l'aluminium
Dans l'industrie, l'aluminium est produit par électrolyse de l'alumine Al 2 O 3 dissoute dans la cryolite fondue NasAlF 6 à une température d'environ 950 ° C. Des électrolyseurs de trois conceptions principales sont utilisés : 1) électrolyseurs avec anodes à auto-cuisson continue et alimentation en courant latéral , 2) les mêmes, mais avec une alimentation en courant supérieure et 3) des électrolyseurs avec anodes cuites. Le bain d'électrolyte est une enveloppe en fer, doublée à l'intérieur d'un matériau isolant thermique et électrique - des briques réfractaires, et doublée de dalles et de blocs de charbon. Le volume de travail est rempli d'un électrolyte fondu composé de 6 à 8 % d'alumine et de 94 à 92 % de cryolite (généralement avec l'ajout d'AlF 3 et d'environ 5 à 6 % d'un mélange de fluorures de potassium et de magnésium). La cathode est le fond du bain, l'anode est constituée de blocs de carbone brûlés immergés dans l'électrolyte ou d'électrodes auto-cuisantes bourrées. Lorsque le courant passe, de l'aluminium fondu est libéré à la cathode, qui s'accumule sur le foyer, et à l'anode, de l'oxygène, qui forme du CO et du CO 2 avec l'anode en carbone. L'alumine, principal matériau consommable, a des exigences élevées en matière de pureté et de granulométrie. La présence d'oxydes d'éléments plus électropositifs que l'Aluminium entraîne une contamination de l'Aluminium. Avec une teneur en alumine suffisante, le bain fonctionne normalement à une tension électrique de l'ordre de 4-4,5 V. Les bains sont connectés à une source de courant continu en série (en série de 150-160 bains). Les électrolyseurs modernes fonctionnent à des courants allant jusqu'à 150 kA. L'aluminium est généralement retiré des bains à l'aide d'une louche à vide. De l'aluminium fondu d'une pureté de 99,7 % est coulé dans des moules. L'aluminium de haute pureté (99,9965 %) est obtenu par raffinage électrolytique de l'aluminium primaire en utilisant la méthode dite à trois couches, qui réduit la teneur en impuretés Fe, Si et Cu. Des études sur le processus de raffinage électrolytique de l'aluminium utilisant des électrolytes organiques ont montré la possibilité fondamentale d'obtenir de l'aluminium d'une pureté de 99,999 % avec une consommation d'énergie relativement faible, mais jusqu'à présent, cette méthode a une faible productivité. Pour une purification en profondeur de l'aluminium, une fusion de zone ou une distillation par sous-fluorure est utilisée.
Application de l'aluminium
Lors de la production électrolytique d'aluminium, des chocs électriques, des températures élevées et des gaz nocifs peuvent survenir. Pour éviter les accidents, les baignoires sont isolées de manière fiable ; les travailleurs utilisent des bottes en feutre sec et des vêtements de protection appropriés. Une atmosphère saine est maintenue par une ventilation efficace. En cas d'inhalation constante de poussières d'aluminium métallique et de son oxyde, une aluminose pulmonaire peut survenir. Les travailleurs engagés dans la production d'aluminium souffrent souvent de catarrhes des voies respiratoires supérieures (rhinite, pharyngite, laryngite). La concentration maximale admissible dans l'air de poussières d'aluminium métallique, de ses oxydes et alliages est de 2 mg/m 3.
La combinaison des propriétés physiques, mécaniques et chimiques de l’aluminium détermine son utilisation généralisée dans presque tous les domaines technologiques, notamment sous la forme de ses alliages avec d’autres métaux. Dans l'électrotechnique, l'aluminium remplace avec succès le cuivre, notamment dans la production de conducteurs massifs, par exemple dans les lignes aériennes, les câbles à haute tension, les bus d'appareillage, les transformateurs (la conductivité électrique de l'aluminium atteint 65,5 % de la conductivité électrique du cuivre, et il est plus de trois fois plus léger que le cuivre ; à section assurant la même conductivité, la masse des fils d'aluminium est la moitié de celle du cuivre). L'aluminium ultra pur est utilisé dans la production de condensateurs électriques et de redresseurs dont l'action repose sur la capacité du film d'oxyde d'aluminium à laisser passer le courant électrique dans une seule direction. L'aluminium ultrapur, purifié par fusion de zone, est utilisé pour la synthèse de composés semi-conducteurs de type A III B V, utilisés pour la production de dispositifs semi-conducteurs. L'aluminium pur est utilisé dans la production de différents types de réflecteurs de miroir. L'aluminium de haute pureté est utilisé pour protéger les surfaces métalliques de la corrosion atmosphérique (bardage, peinture aluminium). Possédant une section efficace d’absorption des neutrons relativement faible, l’aluminium est utilisé comme matériau de structure dans les réacteurs nucléaires.
Les réservoirs en aluminium de grande capacité stockent et transportent des gaz liquides (méthane, oxygène, hydrogène, etc.), des acides nitrique et acétique, de l'eau propre, du peroxyde d'hydrogène et des huiles alimentaires. L'aluminium est largement utilisé dans les équipements et appareils de l'industrie alimentaire, pour l'emballage alimentaire (sous forme de papier d'aluminium) et pour la production de divers types de produits ménagers. La consommation d'aluminium pour la finition des bâtiments, des structures architecturales, de transport et sportives a fortement augmenté.
L'aluminium en métallurgie
En métallurgie, l'aluminium (en plus des alliages qui en sont dérivés) est l'un des additifs d'alliage les plus courants dans les alliages à base de Cu, Mg, Ti, Ni, Zn et Fe. L'aluminium est également utilisé pour désoxyder l'acier avant de le couler dans un moule, ainsi que dans les procédés de production de certains métaux par la méthode de l'aluminothermie. À base d'aluminium, le SAP (poudre d'aluminium frittée) a été créé par métallurgie des poudres, qui présente une résistance élevée à la chaleur à des températures supérieures à 300°C.
L'aluminium est utilisé dans la production d'explosifs (ammonal, alumotol). Divers composés d'aluminium sont largement utilisés.
La production et la consommation d’aluminium ne cessent de croître, dépassant largement le taux de croissance de la production d’acier, de cuivre, de plomb et de zinc.
Géochimie de l'aluminium
Les caractéristiques géochimiques de l'aluminium sont déterminées par sa forte affinité pour l'oxygène (dans les minéraux, l'aluminium est inclus dans les octaèdres et les tétraèdres de l'oxygène), sa valence constante (3) et la faible solubilité de la plupart des composés naturels. Dans les processus endogènes lors de la solidification du magma et de la formation de roches ignées, l'aluminium pénètre dans le réseau cristallin des feldspaths, des micas et d'autres minéraux - les aluminosilicates. Dans la biosphère, l'aluminium est un faible migrateur ; il est rare dans les organismes et dans l'hydrosphère. Dans un climat humide, où les restes en décomposition d'une végétation abondante forment de nombreux acides organiques, l'aluminium migre dans les sols et les eaux sous forme de composés organominéraux colloïdaux ; L'aluminium est adsorbé par les colloïdes et déposé dans la partie inférieure des sols. La liaison entre l'aluminium et le silicium est partiellement rompue et, à certains endroits sous les tropiques, des minéraux se forment - hydroxydes d'aluminium - boehmite, diaspores, hydrargillite. La majeure partie de l'aluminium fait partie des aluminosilicates - kaolinite, beidellite et autres minéraux argileux. Une faible mobilité détermine l'accumulation résiduelle d'aluminium dans la croûte altérée des tropiques humides. En conséquence, de la bauxite éluviale se forme. Au cours des époques géologiques passées, la bauxite s'est également accumulée dans les lacs et les zones côtières des mers des régions tropicales (par exemple, les bauxites sédimentaires du Kazakhstan). Dans les steppes et les déserts, où il y a peu de matière vivante et où les eaux sont neutres et alcalines, l'aluminium ne migre presque pas. La migration de l’aluminium est plus énergique dans les zones volcaniques, où l’on observe des rivières très acides et des eaux souterraines riches en aluminium. Dans les endroits où les eaux acides se mélangent aux eaux alcalines - eaux de mer (à l'embouchure des rivières et autres), l'aluminium se dépose avec formation de gisements de bauxite.
Aluminium dans le corps
L'aluminium fait partie des tissus des animaux et des plantes ; dans les organes des mammifères, on a trouvé de 10 -3 à 10 -5 % d'aluminium (sur une base brute). L'aluminium s'accumule dans le foie, le pancréas et les glandes thyroïde. Dans les produits végétaux, la teneur en aluminium varie de 4 mg pour 1 kg de matière sèche (pommes de terre) à 46 mg (navets jaunes), dans les produits d'origine animale - de 4 mg (miel) à 72 mg pour 1 kg de matière sèche ( bœuf). Dans l'alimentation humaine quotidienne, la teneur en aluminium atteint 35 à 40 mg. Organismes connus pour être des concentrateurs d'aluminium, par exemple les mousses (Lycopodiaceae), contenant jusqu'à 5,3 % d'aluminium dans leurs cendres, et les mollusques (Helix et Lithorina), qui contiennent 0,2 à 0,8 % d'aluminium dans leurs cendres. En formant des composés insolubles avec les phosphates, l'Aluminium perturbe la nutrition des plantes (absorption des phosphates par les racines) et des animaux (absorption des phosphates dans les intestins).
Basé sur des matériaux de chem100.ru
