Алюминий (лат. Aluminium; Al) — элементтердің периодтық жүйесінің ІІІ тобындағы химиялық элемент, реттік нөмірі 13, атомдық массасы 26,9815. Тұрақты бір ғана изотопы бар. Жер қыртысында таралуы бойынша элементтер арасында 4, металдар арасында 1-ші орында.
| |||||||||||||||
| Жай заттың сыртқы бейнесі | |||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| жұмсақ, жеңіл және иілгіш металл күміс-ақ түсті.  | |||||||||||||||
| Атом қасиеті | |||||||||||||||
| Атауы, символ, нөмірі | Алюминий, 13 | ||||||||||||||
| Топ типі | Басқа металдар | ||||||||||||||
| Топ, период, блок | 13, 3, p | ||||||||||||||
| Атомдық масса (молярлық масса) | 26,9815386(8) м. а. б. (г/моль) | ||||||||||||||
| Электрондық конфигурация | [Ne] 3s2 3p1 | ||||||||||||||
| Қабықшалар бойынша электрондар | 2, 8, 3 | ||||||||||||||
| Атом радиусы | 143 пм | ||||||||||||||
| Химиялық қасиеттері | |||||||||||||||
| Ковалентті радиус | 121 ± 4 пм | ||||||||||||||
| Ван-дер-Ваальс радиусы | 184 пм | ||||||||||||||
| Ион радиусы | 51 (+3e) пм | ||||||||||||||
| Электртерістілігі | 1,61 (Полинг шкаласы) | ||||||||||||||
| Тотығу дәрежелері | 0; +3 | ||||||||||||||
| Иондалу энергиясы | 1-ші: 577,5 (5,984) кДж/моль (эВ) | ||||||||||||||
| Жай заттың термодинамикалық қасиеттері | |||||||||||||||
| Термодинамикалық фаза | |||||||||||||||
| Тығыздық (қ.ж.) | 2,6989 г/см³ | ||||||||||||||
| Балқу температурасы | 660 °C, 933,5 K | ||||||||||||||
| Қайнау температурасы | 2518,82 °C, 2792 K | ||||||||||||||
| Балқу жылуы | 10,75 кДж/моль | ||||||||||||||
| Булану жылуы | 284,1 кДж/моль | ||||||||||||||
| Молярлық жылусыйымдылық | 24,35 Дж/(K·моль) | ||||||||||||||
| Молярлық көлем | 10,0 см³/моль | ||||||||||||||
| |||||||||||||||
| Жай заттың кристаллдық торы | |||||||||||||||
| Тор құрылымы | текше бетке бағытталған | ||||||||||||||
| Тор параметрлері | 4,050 Å | ||||||||||||||
| Дебай температурасы | 394 K | ||||||||||||||
| Басқа да қасиеттері | |||||||||||||||
| Жылуөткізгіштік | (300 K) 237 Вт/(м·К) | ||||||||||||||
| Дыбыс жылдамдығы | 5200 м/с | ||||||||||||||
| Юнг модульі | 70 ГПа | ||||||||||||||
| Пуассон коэффициенті | 0.35 | ||||||||||||||
| Моос қаттылығы | 2.75 | ||||||||||||||
| Бринеллий қаттылығы | 160–550 МПа | ||||||||||||||
| CAS нөмірі | 7429-90-5 | ||||||||||||||
Табиғатта жүздеген минералдары кездескендіктен, оның көпшілігі – алюмосиликаттар болып келеді. Алюминий латынша Alumіnіum; алюминий алу үшін пайдаланылатын негізгі шикізат – боксит. Алюминийді бос күйінде алғаш рет 1825 жылы даниялық физик Ханс Кристиан Эрстед алған.
Алюминий – күміс түсті ақ металл, жылуды және электр тогын жақсы өткізеді, созуға, соғуға икемді, меншікті салмағы 2,7 г/см3; балқу температурасы 660℃, қайнау температурасы 2500℃; коррозияға берік, қалыпты температурада тұрақты, себебі бетіндегі алюминий оксидінен тұратын жұқа қабыршақ оны тотығудан қорғайды. Сондай-ақ ол амфотерлі элемент, сондықтан қышқылдармен де, сілтілермен де әрекеттеседі. Алюминий – практикалық маңызы зор металл. Ол негізінен жеңіл құймалар өндіру үшін пайдаланылады. . Техникалық қасиеттері жағынан өте бағалы құймасы – дюралюминий.
Оның құрамында 94% алюминий, 4% мыс және аздаған магний, марганец, темір, кремний болады.
Химиялық қасиеттері
Алюминий күшті тотықсыздандырғыш
Жай заттармен әрекеттесуі
- (Al оксиді)
- (Al хлориді)
- (Al фосфиді)
- (Al карбиді)
![{\displaystyle {4\,\mathrm {Al} {}+{}3\,\mathrm {O} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}{}\mathrel {\longrightarrow } {}2\,\mathrm {Al} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {O} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/4a291852144c90182a013117f03fd5b91d3652cb)
![{\displaystyle {4\,\mathrm {Al} {}+{}3\,\mathrm {Cl} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}{}\mathrel {\longrightarrow } {}2\,\mathrm {AlCl} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/adbacbfe1b3b58dff9c60e407243436023b45ccd)
![{\displaystyle {4\,\mathrm {Al} {}+{}3\,\mathrm {C} {}\mathrel {\longrightarrow } {}\mathrm {Al} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{4}}\mathrm {C} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/f247a9cca86e0e6b325113822d7f61bcf9f9dd24)
Күрделі заттармен әрекеттесуі
Арнайы тазартылған алюминий сумен және қышқылмен әрекеттесіп сутегін бөледі:
![{\displaystyle {2\,\mathrm {Al} {}+{}6\,\mathrm {HOH} {}+{}2\,\mathrm {H} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {O} {}={}2\,\mathrm {Al} (\mathrm {OH} ){\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}\downarrow {}{}+{}3\,\mathrm {H} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\uparrow {}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/fbe143f124e0f56d29d4a527b2322b613262e23a)
![{\displaystyle {2\,\mathrm {Al} {}+{}6\,\mathrm {HCl} {}={}2\,\mathrm {AlCl} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}{}+{}3\,\mathrm {H} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\uparrow {}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/1264bd351d0ccdd05f099066d4f4619f2f2a5fcf)
Алюминийдің оксиді мен гидроксиді екідайлы қасиет көрсетуіне байланысты алюминий сілтімен әрекеттескенде натрий алюминаты және сутегі түзіледі:
- (мұнда 4HNO3 сұйық.)
![{\displaystyle {2\,\mathrm {Al} {}+{}2\,\mathrm {NaOH} {}+{}2\,\mathrm {H} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {O} {}={}2\,\mathrm {NaAlO} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}{}+{}3\,\mathrm {H} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\uparrow {}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/6440c8b9ac21a79b01e5eca09468264cd7ca44eb)
![{\displaystyle {\mathrm {Al} {}+{}4\,\mathrm {HNO} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}{}={}\mathrm {Al} (\mathrm {NO} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}){\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}{}+{}\mathrm {NO} \uparrow {}{}+{}2\,\mathrm {H} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {O} }}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/cdd5391bc0c3fdf1c5b808eb38ac0a5f8b54ec65)
Ескерту: Алюминий концентірлі азот қышқылымен әрекеттеспейді. Себебі алюминийдің беті оксидтік қабыршақпен қап-талып қалады, оны бәсеңсу (пассивтену) деп атайды.
![{\displaystyle {\mathrm {Al} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {O} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/530549686f2c1e63ce108800e173bc0b2ebdc6d6)
Алюминий химиялық белсенді металл болғандықтан белсенділіг төмен металдарды олардың қосылыстарынан ығыстырады:
- (мұнда Al тазартылған)
- (алюмотермия реакциясы)
![{\displaystyle {2\,\mathrm {Al} {}+{}3\,\mathrm {CuSO} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{4}}~{=}\mathrm {Al} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}(\mathrm {SO} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{4}}){\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}{}+{}3\,\mathrm {Cu} }}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/b957140f9f66ff30f3c98357e3a1c0f4a042a7c7)
![{\displaystyle {2\,\mathrm {Al} {}+{}\mathrm {Fe} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {O} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}{}={}\mathrm {Al} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {O} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}{}+{}2\,\mathrm {Fe} }}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/4245f5f96b4814d84709f459bb253ee19b37ed50)
Алюминий құймасы
Дюралюмин 94% Al, 4% Cu, 0,5% (Mg, Mn, Fe, Si) — авиацияда, мәшине жасауда қолданылады.
Қолданылуы
- ас үй жабдықтарында;
- терезелер, есіктер мен монтаж сымдарын жасауда, құрылыс өндірісінде;
- аэроғарыш пен басқа да көлік индустриясында;
- электр қуатын өткізу үшін электрөткізгіш ретінде;
- алюминий фольгасы сияқты орауыш материалдар, сыра мен басқа да сусын- дар ыдыстары, бояулар салған түтік пен үй өнімдерін сақтайтын ыдыстар жасауда;
- алюминий ұнтағы бояулар мен қатаң зымыран отындарда қолданылады.
Алюминий өндірісі химиясы
- Тау кеңінен бокситтер алу.
- Глинозем өндіру. Бокситті бөлшектеу, су қосу, құрамындағы кремнийді ығыстыру үшін жоғары температурада қыздыру.
- Сілтісіздендіру. Автоклавқа салу, сілтімен өңдеу, оттек сілті ерітіндіге өтеді, қалғаны қызыл шлам түрде түзіледі.
- Декомпозиция. Натрий алюминат ерітіндісін декомпозерде бірнеше тәулік араластыру, алюминий оксидінің глиноземі тұнба ретте пайда болуы.
- Алюминий электролизі. 950 °C-дағы ваннаға криолетпен салу, 400kA тоқ өткізу, алюминий мен оттек атом байланыстары үзіледі, ванна түбінде сұйық металл п.б.
- Алғашқы алюминий. Кесек түрде тұтынушыға жеткізу.
- Алюминий құймасы. Формаға құю арқылы өнім жасау, кремний/мыс/магний қосу. Автобөлшектер, авиақозғалтқыш, көлік дискілерін жасау.
- Прокат. Алюминий созылымдылығы арқасында 9м тіртөртбұрыш кесек жасау. Қақтама/жұқалтыр, сусын банкалары, автобөлшектер жасау.
- Экструзия. Арнайы пішін алу үшін металді тесу. Көзілдірік ілдірігі, телефон корпусы, ұшақ фюзеляжы, ғарыш кемесін жасау.
- Қайта құю. Алюминий коррозияға ұшырамайды, қайта қолдану мүмкіндігі бар. Бірінші алюминий өндіруге кеткен энергияның 9% алады.
Алюминийдің қосылыстары
Алюминий оксиді
Алюминий оксиді ( ) — глинозем, боксит, корунд. Ол ақ түсті, қатты зат. Суда ерімейді.
Алынуы
- (алюминийді тікелей тотықтыру)
- (алюминий гидроксидін айыру)
![{\displaystyle {4\,\mathrm {Al} {}+{}3\,\mathrm {O} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}{}={}2\,\mathrm {Al} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {O} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/0a76f4156821702c6867743cf6b0f8d08f4dc458)
![{\displaystyle {2\,\mathrm {Al} (\mathrm {OH} ){\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}{=}~\mathrm {Al} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {O} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}{}+{}3\,\mathrm {H} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {O} }}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/8c75b4b157504cd6d6bade0433e4654a58a9dc16)
Құрылымдық формуласы:
Химиялық қасиеттері
Алюминий оксиді — екідайлы оксид.
- қышқылмен:
- негізбен:
![{\displaystyle {\mathrm {Al} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {O} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}{}+{}6\,\mathrm {HCl} {}={}2\,\mathrm {AlCl} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}{}+{}3\,\mathrm {H} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {O} }}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/80a7808a86b5ab02f86cf41ba950bd1069cf3477)
![{\displaystyle {\mathrm {Al} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {O} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}{}+{}2\,\mathrm {NaOH} {=}~2\,\mathrm {NaAlO} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}{}+{}\mathrm {H} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {O} }}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/552ae880320c9a6c8de53df1441ddca624e64b29)
Қолданылуы
қаттылығы алмаздан кейінгі орында, сондықтан одан бұрғылар мен тегістеліш құралдар жасалады.
Алюминий гидроксиді
Алюминий гидроксиді ( ) — іркілдек, ұйыған айран тәрізді ақ түсті зат. Ол суда ерімейтін әлсіз екідайлы негіз. Сондықтан ол негіз және қышқыл сияқты диссоциацияланады.
![{\displaystyle {\mathrm {Al} (\mathrm {OH} ){\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/39901c930f564ffec3fb3d336650a4dea5891beb)
Алынуы
Ерімтал тұзына сілті ерітіндісін біртіндеп ақ тұнба түскенше қосады, сілтінің артық мөлшерінде тұнба еріп кетеді, өйткені оның екідайлы қасиеті бар:
![{\displaystyle {\mathrm {AlCl} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}{}+{}3\,\mathrm {NaOH} ~{=}\mathrm {Al} (\mathrm {OH} ){\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}\downarrow {}{}+{}3\,\mathrm {NaCl} }}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/8a26f5a66c6cd996c7f69ecbae0eb71ccf4338f9)
Химиялық қасиеттері
- қышқылмен:
- негізбен:
- натрий гидроксид ерітіндісінде:
- шыққан өнімдерді еріткенде:
![{\displaystyle {\mathrm {Al} (\mathrm {OH} ){\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}{}+{}3\,\mathrm {HCl} {}\mathrel {\longrightarrow } {}\mathrm {AlCl} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}{}+{}3\,\mathrm {H} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {O} }}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/6b2a727ba4c29bfb9b3ecde5fe9c85aa4a3e3dc1)
![{\displaystyle {\mathrm {Al} (\mathrm {OH} ){\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}{}+{}\mathrm {NaOH} {}+{}2\,\mathrm {H} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {O} {}\mathrel {\longrightarrow } {}\mathrm {Na} [\mathrm {Al} (\mathrm {OH} ){\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{4}}(\mathrm {H} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {O} ){\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}]}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/41b688615f9dc87bf7be193598651a4527b913e5)
![{\displaystyle {\mathrm {Al} (\mathrm {OH} ){\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}{}+{}\mathrm {NaOH} {}\mathrel {\xrightarrow {1000\,\mathrm {C} } } {}\mathrm {NaAlO} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}{}+{}2\,\mathrm {H} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {O} }}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/f7bc6d992da78a54036abdc7caca75128ddea4b5)
Қыздырғанда ыдырайды:
![{\displaystyle {2\,\mathrm {Al} (\mathrm {OH} ){\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}{}\mathrel {\xrightarrow {{}>{}575\,\mathrm {C} } } {}\mathrm {Al} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {O} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}{}+{}3\,\mathrm {H} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {O} }}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/5ad8efd5ef415a58a78d89638d63eaa103b15642)
Қолданылуы
— органикалық синтезде катализатор
![{\displaystyle {\mathrm {AlCl} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/5f13f2894faccc7396d6aba2bb92bf6187105116)
- — су тазалауда, қағаз өндірісінде
- — ашудас (квасцы) мата бояуда, тері илеуде қолданылады.
![{\displaystyle {\mathrm {Al} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}(\mathrm {SO} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{4}}){\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}\,{\cdot }\,18\,\mathrm {H} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {O} }}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/0e6e3c20606954252112dca7ace667da16c00a1e)
![{\displaystyle {\mathrm {KAl} (\mathrm {SO} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{4}}){\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\,{\cdot }\,12\,\mathrm {H} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {O} }}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/c5fab1511eddb5f85671abeef719a11fb3adbc1c)