Алюминий и его сплавы

АЛЮМИНИЙ И ЕГО СПЛАВЫ Реферат похимии АЛЮМИНИЙ И ЕГОСПЛАВЫ Алюминий Aluminium - химический элемент третьей группы периодическойсистемы.Атомный номер 13, атомная масса 26,9815. Обозначается латинскимибуквами Al . Этосеребристо-белый металл, легкий r 2,7 г см3 , легкоплавкий tпл 660,4 С ,пластичный, легко вытягивается в проволоку и фольгу. Электропроводностьалюминия довольно высока и уступает только серебру Ag и меди Cu в 2,3 раза больше чем у меди Алюминий находится практически везде на земном шаре так как егооксид Al2O3 составляет основу глинозема.

Алюминий в природе встречается в соединениях - егоосновные минералы боксит - смесь минералов диаспора, бемита AlOOH, гидраргиллита Al OH 3 и оксидов других металлов - алюминиевая руда алунит - Na,K 2SO4 Al2 SO4 3 4Al OH 3 нефелин - Na,K 2O Al2O3 2SiO2 корунд- Al2O3 - прозрачные кристаллы полевойшпат ортоклаз - K2O Al2O3 6SiO2 каолинит- Al2O3 2SiO2 2H2O - важнейшая составляющая частьглиныи другие алюмосиликаты, входящие в составглин.

И хотя содержание его в земной коре 8,8 длясравнения, например, железа в земной коре 4,65 - в два раза меньше , а пораспространенности занимает третье место после кислорода O кремния Si в свободном состоянии впервые был получен в 1825 году Х.К. Эрстедом. Немецкий химик Ф. В лер в 1827 получилалюминий при нагревании хлорида алюминия AlCl3 сощелочными металлами калием K и натрием Na без доступа воздуха.AlCl3 3K 3KCl Al Реакция протекает с выделением тепла . Для промышленного применения этот способнеприменим из-за его экономической невыгодности, поэтому был разработан способдобычи алюминия из бокситов путем электролиза.

Это весьма энергоемкоепроизводство, поэтому заводы, производящие алюминий, как правило, располагаютсянедалеко от электростанций. Это весьма энергоемкое производство, поэтому заводы, производящие алюминий, как правило, располагаются недалеко от электростанций. Алюминий отличается также своей химическойактивностью.Порошкообразный алюминий энергично сгорает на воздухе. Еслиповерхность алюминия потереть солью ртути HgCl2 , топроизойдет следующая реакция 2Al 3HgCl2 2AlCl3 3Hg Выделившаяся ртуть растворяет алюминий собразованием сплава алюминия с ртутью - амальгаму, которая не удерживается наповерхности алюминия, поэтому, если результат этого опыта поместить в воду, томы увидим бурную реакцию 2Al 6HOH 2Al OH 3 3H3 Эта реакция говорит об очень высокойхимической активности чистого алюминия.Остается удивляться как посуда из алюминия нерастворяется прямо у нас на глазах когда мы наливаем в не воду. Секрет подобного поведения алюминия прост - оннастолько активен, что именно благодаря этой своей способности столь интенсивноокисляться постоянно покрыт плотной окисной пленкой Al2O3 которая и препятствует его дальнейшемуокислению.

Инертность оксида алюминия настолько велика,что покрытый им алюминий практически не реагирует с концентрированной иразбавленной азотной кислотой HNO3 , струдом взаимодействует с концентрированной и разбавленной серной кислотой H2SO4 , не растворяется в ортофосфорнойкислоте H3PO4 . Хотя, даже при обычнойтемпературе, реагирует с хлором Cl2 и бромом Br2 а при нагревании с фтором F2 , йодом I2 , серой S , углеродом C , азотом N2 , растворяется в растворахщелочей.Оксид алюминия используют для получениянекоторых марок цемента, для обработки поверхностей, так как он обладаетвысокой твердостью разновидность оксида - корунд .Оксид алюминия глинозем существует внескольких кристаллических модификациях из которых устойчивы a-форма и g-форма.

Но дажетолько одна форма a-Al2O3 вприроде очень многолика - это и рубин и сапфир, лейкосапфир и др все эторазновидности минерала корунд. g-Формаболее химически активна, может существовать и аморфном состоянии но при 900 Снеобратимо переходит в a-форму. Температура плавления оксида алюминия 2053 С а кипения вообще больше 3000 С . Для сравнения - температура плавления самого алюминия 660,4 С. Поэтому ивозникали трудности с добычей алюминия, несмотря на его широкоераспространение.

Оксид алюминия Al2O3 получают либо сжиганием алюминияпутем вдувания порошка алюминия в пламя горелки, 4Al 3O2 2Al2O3 либо превращениемпо схеме HCl или H2SO4 NaOH или KOH t С Al gt соль gt Al OH 3 gt Al2O3 Чистый алюминий добывается методом электролизараствора глинозема в расплавленном криолите 6-8 Al2O3 и 94-92 Na3AlF6 или электролизом AlCl3. Гидрооксид алюминия Al OH 3 используется для крашениятканей, для изготовления керамики и как нейтрализующий агент 1 .На практике очень широкое применение получилтак называемый термит - смесь оксидажелеза Fe3O4 с алюминием.

При поджогеданной смеси с помощью магниевой ленты происходит бурная реакция с обильнымвыделением тепла. 8Al 3Fe3O4 4Al2O3 9Fe Данный процесс используют при сварке.

Иногдадля получения некоторых чистых металлов в свободном виде. Есть также иное использование данной реакции -если обратить внимание на соединение железа до реакции и его состояние послереакции, то можно заметить, что до начала реакции это был оксид железа - аименно - ржавчина, а после реакции -чистое восстановленное железо.

Этотэффект используют для химической защиты и удаления ржавчины.

Поэтому алюминий очень широко используется втехнике не только как основа легких сплавов, но и как раскислитель сталей, длявосстановления металлов из оксидов алюмотермия - см. пример выше , вэлектротехнике.Алюминий в технике также используют длянасыщения поверхности стальных и чугунных изделий с целью защиты этих изделийот коррозии - этот процесс называется алитирование.Тонкая алюминиевая фольга используется какупаковочный материал для продуктов питания например шоколада , более толстая -для изготовления банок для напитков.

Алюминиевые сплавы обладают малой плотностью 2,5 - 3,0 г см3 в сочетании с достаточно хорошими механическимисвойствами и удовлетворительной устойчивостью к окислению.По своим прочностнымхарактеристикам и по износостойкости они уступают сталям, некоторые из нихтакже не обладают хорошей свариваемостью, но многие из них обладаютхарактеристиками, превосходящими чистый алюминий.

Эти воздушные конструкции выполнены из сплавов алюминия Особо выделяются алюминиевые сплавы сповышенной пластичностью, содержащие до 2,8 Mg и до 2,5 Mn - они обладают большей, чем чистый алюминий прочностью,легко поддаются вытяжке, близки по коррозионной стойкости к алюминию.Дуралюмины- от французского слова dur - твердый, трудный и aluminium -твердый алюминий.

Дуралюмины - сплавы на основе алюминия, содержащие 1,4-13 Cu, 0,4-2,8 Mg , 0,2-1,0 Mn , иногда 0,5-6,0 Si , 5-7 Zn , 0,8-1,8 Fe , 0,02-0,35 Ti и др.Дуралюмины - наиболее прочные и наименеекоррозионно-стойкие из алюминиевых сплавов. Склонны к межкристаллическойкоррозии. Для защиты листового дуралюминия от коррозии его поверхностьплакируют 2 чистым алюминием.Они не обладают хорошей свариваемостью, но благодаря своимостальным характеристикам применяются везде, где необходима прочность илегкость.

Наибольшее применение нашли в авиастроении для изготовления некоторыхдеталей турбореактивных двигателей.Магналии- названы так из-за большого содержания в них магния Mg ,сплавы на основе алюминия, содержащие 5-13 Mg , 0,2-1,6 Mn , иногда 3,5-4,5 Zn , 1,75-2,25 Ni , до 0,15 Be , до 0,2 Ti , до 0,2 Zr и др. Алюминиевые трубы Магналии отличаются высокой прочностью иустойчивостью к коррозии в пресной и даже морской воде. Магналии также хорошоустойчивы к воздействию азотной кислоты HNO3 , разбавленной сернойкислоты H2SO4 , ортофосфорной кислоты H3PO4 , а также в средах, содержащих SO2 . Применяются как конструкционный материал в авиастроении судостроении машиностроении сварные баки, заклепки,бензопроводы, маслопроводы для изготовления арматуры строительныхсооружений для изготовления деталей холодильных установок для изготовления декоративных бытовых предметови др. При содержании Mg выше 6 магналии склонны кмежкристаллической коррозии.

Обладают более низкими литейными свойствами, чем силумины. Силумины- сплавы на основе алюминия с большим содержанием кремния Si .В состав силуминов входят 3-26 Si , 1-4 Cu , 0,2-1,3 Mg , 0,2-0,9 Mn , иногда 2-4 Zn , 0,8-2 Ni , 0,1-0,4 Cr , 0,05-0,3 Ti и др. При своих относительно невысоких прочностныххарактеристиках силумины обладают наилучшими из всех алюминиевых сплавовлитейными свойствами. Они наиболее часто используются там, где необходимоизготовить тонкостенные или сложные по форме детали.

По коррозионной стойкости занимаютпромежуточное положение между дуралюминами и магналиями.

Нашли свое основное применение в авиастроении вагоностроении автомобилестроении и строительстве сельскохозяйственных машин для изготовлениякартеров, деталей колес, корпусов и деталей приборов. САП - сплавы, состоящиеиз Al и20-22 Al2O3 . Получают спеканием окисленного алюминиевого порошка. После спеканиячастицы Al2O3 играют роль упрочнителя.Прочность данного соединения при комнатной температуре ниже, чем удуралюминов и магналиев, но при температуре превышающей 200 С превосходит их. При этом САП обладают повышенной стойкостью к окислению, поэтому онинезаменимы там, где температура эксплуатации превышает 400 С . 1 Нейтрализующий агент необходим для нейтрализациисоляной кислоты HCl при желудочно-кишечных заболеваниях. 2 Плакирование - от французского plaquer - накладывать нанесениеметодом горячей прокатки или прессования на поверхность металлических листовтонкого слоя другого металла или сплава.