Алюминий

Министерство образования Республики Башкортостан ГАОУ СПО

«Уфимский топливно-энергетический колледж»

 

 

Специальность 140408

 

 

Алюминий

Реферат

По дисциплине «Химии»

 

 

 

                                           

 

 

 

 

 Преподаватель Э.З.Яхина.

Выполнил студент

Шарипов Булат

Содержание

2.Введение……………………………………………………….....2

3.Свойства и описание……………………………………………2-4

4.Нахождение в природе………………………………………….4-5

5.Токсичность………………………………………………………5-6

6.Производство……………………………………………………..6-7

7.Применение в энергетике……………………………………….8

8.Заключение……………………………………………………......8-9

9.Список использованных  ресурсов……………………………..9

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение.

Первое упоминание о металле, который по описанию был похож на алюминий, встречается в первом веке нашей эры у Плиния Старшего. Согласно изложенной им легенде, некий мастер преподнес императору Тиберию необычайно легкий и красивый кубок из серебристого металла. Даритель сообщил, что получил новый металл из обычной глины. Очевидно, он ожидал благодарности и покровительства, но вместо этого лишился жизни. Недальновидный правитель приказал обезглавить мастера и разрушить его мастерскую, чтобы предотвратить обесценивание золота и серебра.

Но это всего лишь предание. А факты? Первый шаг к получению алюминия сделал прославленный Парацельс в 16 веке. Он выделил из квасцов «квасцовую землю», содержавшую окись неведомого тогда металла. А в середине 18 века эксперимент повторил немецкий химик Андреас Маргграф (Andreas Marggraf). Он назвал окись алюминия словом «alumina» (от латинского «alumen» — вяжущий). С этого момента о существовании алюминия стало известно науке, однако, не будучи найденным в чистом виде, металл не получил настоящего признания.

Свойства и описание.

Алюми́ний — элемент главной подгруппы третьей группы третьего периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 13. Обозначается символом Al (лат. Aluminium). Относится к группе лёгких металлов. Наиболее распространённый металл и третий по распространённости химический элемент в земной коре (после кислорода и кремния).

Простое вещество алюминий (CAS-номер: 7429-90-5) — лёгкий, парамагнитный металл серебристо-белого цвета, легко поддающийся формовке, литью, механической обработке. Алюминий обладает высокой тепло- и электропроводностью, стойкостью к коррозии за счёт быстрого образования прочных оксидных плёнок, защищающих поверхность от дальнейшего взаимодействия.

Свойства атома
Имя, символ, номер	Алюминий / Aluminium (Al), 13
Группа, период, блок	13, 3,
Атомная масса  (молярная масса)	26,981539 а. е. м. (г/моль)
Электронная конфигурация	[Ne] 3s2 3p1
Электроны по оболочкам	2, 8, 3
Радиус атома	143 пм
Химические свойства
Ковалентный радиус	118 пм
Радиус Ван-дер-Ваальса	140 пм
Радиус иона	51 (+3e) пм
Электроотрицательность	1,61 (шкала Полинга)
Электродный потенциал	-1,66 в
Степени окисления	3
Энергия ионизации	1-я: 577,2 (5,98) кДж/моль (эВ)  2-я: 577,2 (5,98) кДж/моль (эВ)
Термодинамические свойства простого вещества
Термодинамическая фаза	Твёрдое
Плотность (при н. у.)	2,6989 г/см³
Температура плавления	660 °C, 933,5 K
Температура кипения	2518,82 °C, 2792 K
Теплота плавления	10,75 кДж/моль
Теплота испарения	284,1 кДж/моль
Молярная теплоёмкость	24,35[1] Дж/(K·моль)
Молярный объём	10,0 см³/моль
Кристаллическая решётка  простого вещества
Структура решётки	кубическая гранецентрированая
Параметры решётки	4,050 Å
Температура Дебая	394 K
Прочие характеристики
Теплопроводность	(300 K) 237 Вт/(м·К)
Скорость звука	5200 м/с

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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  земной коре Земли 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 (смеси каолинов с песком SiO₂, известняком CaCO₃, магнезитом MgCO₃)
• 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

 

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

Токсичность.

Отличается незначительным токсическим действием, но многие растворимые  в воде неорганические соединения алюминия сохраняются в растворённом состоянии  длительное время и могут оказывать  вредное воздействие на человека и теплокровных животных через питьевую воду. Наиболее ядовиты хлориды, нитраты, ацетаты, сульфаты и др. Для человека токсическое действие при попадании  внутрь оказывают следующие дозы соединений алюминия (мг/кг массы тела):

• ацетат алюминия — 0,2-0,4;
• гидроксид алюминия — 3,7-7,3;
• алюминиевые квасцы — 2,9.

В первую очередь действует  на нервную систему (накапливается  в нервной ткани, приводя к  тяжёлым расстройствам функции  ЦНС). Однако свойство нейротоксичности алюминия стали изучать с середины 1960-х годов, так как накоплению металла в организме человека препятствует механизм его выведения. В обычных условиях с мочой может выделяться до 15 мг элемента в сутки. Соответственно, наибольший негативный эффект наблюдается у людей с нарушенной выделительной функцией почек.

Норматив содержания алюминия в воде хозяйственно-питьевого использования  составляет 0,2 мг/л. При этом данная ПДК может быть увеличена до 0,5 мг/л главным государственным санитарным врачом по соответствующей территории для конкретной системы водоснабжения.

По некоторым биологическим  исследованиям поступление алюминия в организм человека было сочтено  фактором в развитии болезни Альцгеймера, но эти исследования были позже раскритикованы и вывод о связи одного с другим опровергался

Производство.

 В 1854 году французским учёным Анри Этьеном Сент-Клер Девилем (Sainte-Claire Deville), был открыт способ промышленного производства алюминия, основанный на вытеснении алюминия металлическим натрием из двойного хлорида натрия и алюминия NaCl•AlCl3. За 36 лет его применения, с 1855 по 1890 гг., способом Сент-Клер Девиля было получено 200 т металлического алюминия^[3].

В 1856 году на заводе братьев Тисье в Руане Девилль организовал первое промышленное предприятие по выпуску алюминия. При этом стоимость 1 кг алюминия сначала равнялась 300 франкам. Через несколько лет удалось снизить продажную цену до 200 франков за 1 кг, но все равно она оставалась исключительно высокой. Алюминий в это время употребляли почти какдрагоценный металл для производства различных изделий. Изделия из этого металла даже пользовались популярностью благодаря своему белому цвету и приятному блеску. По мере совершенствования химических методов выделения алюминия цена на него с годами падала. Например, завод в Олбери (Англия) в середине 1880-х годов выпускал до 250 кг алюминия в день и продавал его по цене 30 шиллингов за кг, иными словами, цена его за 30 лет снизилась в 25 раз. Уже в середине XIX века некоторые химики указывали на то, что алюминий можно получать путем электролиза. В 1854 году Бунзен получил алюминий путем электролиза расплава хлористого алюминия. Для производства алюминия путём электролиза уже более 100 лет используется технология Эру-Холла.

Этот способ производства алюминия придумали независимо друг от друга  француз Эру и американец Холл. Благодаря широкому распространению этого метода во всём мире, стало возможным производить алюминий в широких масштабах и цены на него упали в десятки раз.

Рост производства алюминия в ХХ веке

 

Рост производства был особенно быстрым во время и после Второй мировой войны. Производство первичного алюминия (без учета производства Советского Союза) составляло только 620 тыс. т в 1939 году. В 1943 году оно возросло до1,9 млн. т. В 1956 году во всем мире производилось 3,4 млн. т первичного алюминия, в 1965 году мировое производство алюминия составило 5,4 млн. т, в 1980 - 16,1 млн. т, а в 1990 - 18 млн. т. Производство алюминия в мире в 2007 году составило 37,41 млн. тонн (по данным Международного института алюминия (International Aluminium Institute, IAI)^[5] и продолжает развиваться очень большими темпами.

Применение.

Кусок алюминия

Широко применяется как  конструкционный материал. Основные достоинства алюминия в этом качестве — лёгкость, податливость штамповке, коррозионная стойкость (на воздухе алюминий мгновенно покрывается прочной плёнкой Al₂O₃, которая препятствует его дальнейшему окислению), высокая теплопроводность, неядовитость его соединений. В частности, эти свойства сделали алюминий чрезвычайно популярным при производстве кухонной посуды, алюминиевой фольги в пищевой промышленности и для упаковки.

Электропроводность алюминия всего в 1,7 раза меньше, чем у меди, при этом алюминий приблизительно в 4 раза дешевле^[11] за килограмм, но, за счёт в 3,3 раза меньшей плотности, для получения равного сопротивления его нужно приблизительно в 2 раза меньше по весу. Поэтому он широко применяется в электротехнике для изготовления проводов, их экранирования и даже в микроэлектронике при изготовлении проводников в чипах. Меньшую электропроводность алюминия (37 1/ом) по сравнению с медью (63 1/ом) компенсируют увеличением сечения алюминиевых проводников. Недостатком алюминия как электротехнического материала является наличие прочной оксидной плёнки, затрудняющей пайку.

Из алюминия производят провода  для высоковольтных линий электропередач и кабели самого разного назначения. Подстанции, на которых понижают напряжение и распределяют электричество по разным каналам, часто целиком построены  из алюминия. Энергетические системы  и электрические приборы невозможно представить себе без алюминиевой  проволоки: из нее делают обмотку  моторов и трансформаторов.

конвейерные ленты и системы  автоматизированного управления, лестницы, строительные леса, крепления.

 

Заключение.

Уже сейчас трудно найти отрасль  промышленности, где бы не использовался алюминий или его сплавы - от микроэлектроники до тяжёлой металлургии. Это обуславливается хорошими механическими качествами, лёгкостью, малой температурой плавления, что облегчает обработку, высоким внешними качествами, особенно после специальной обработки. Учитывая перечисленные и многие другие физические и химические свойства алюминия, его неисчерпаемое количество в земной коре, можно сказать, что алюминий - один из самых перспективных материалов будущего.