Алюминий

13 Магний ← Алюминий → Кремний B ↑ Al ↓ Ga Периодическая система элементов 13Al
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) 2-ші: 1816.7 кДж/моль (эВ) 3-ші: 2744.8 кДж/моль (эВ)
Жай заттың термодинамикалық қасиеттері
Термодинамикалық фаза	Қатты дене
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
Қаныққан бу қысымы P (Па) 1 10 100 1000 10 000 100 000 T (К) 1482 1632 1817 2054 2364 2790
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

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.

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

• ${\ce {4Al +3O2 ->2Al2O3}}$ (Al оксиді)
• ${\ce {4Al +3Cl2 ->2AlCl3}}$ (Al хлориді)
• ${\ce {Al + P -> AlP}}$ (Al фосфиді)
• ${\ce {4Al +3C -> Al4C3}}$ (Al карбиді)

Күрделі заттармен әрекеттесуі

Арнайы тазартылған алюминий сумен және қышқылмен әрекеттесіп сутегін бөледі:

• ${\ce {2Al +6HOH +2H2O =2Al(OH)3 v +3H2 ^}}$
• ${\ce {2Al +6HCl =2AlCl3 +3H2 ^}}$

Алюминийдің оксиді мен гидроксиді екідайлы қасиет көрсетуіне байланысты алюминий сілтімен әрекеттескенде натрий алюминаты және сутегі түзіледі:

• ${\ce {2Al +2NaOH +2H2O = 2NaAlO2 +3H2 ^}}$
• ${\ce {Al +4HNO3 = Al(NO3)3 +NO ^ +2H2O}}$ (мұнда 4HNO₃ сұйық.)

Ескерту: Алюминий концентірлі азот қышқылымен әрекеттеспейді. Себебі алюминийдің беті ${\ce {Al2O3}}$ оксидтік қабыршақпен қап-талып қалады, оны бәсеңсу (пассивтену) деп атайды.

Алюминий химиялық белсенді металл болғандықтан белсенділіг төмен металдарды олардың қосылыстарынан ығыстырады:

• ${\ce {2Al +3CuSO4 =Al2(SO4)3 +3Cu}}$ (мұнда Al тазартылған)
• ${\ce {2Al +Fe2O3 = Al2O3 +2Fe}}$ (алюмотермия реакциясы)

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

1. Тау кеңінен бокситтер алу.
2. Глинозем өндіру. Бокситті бөлшектеу, су қосу, құрамындағы кремнийді ығыстыру үшін жоғары температурада қыздыру.
3. Сілтісіздендіру. Автоклавқа салу, сілтімен өңдеу, оттек сілті ерітіндіге өтеді, қалғаны қызыл шлам түрде түзіледі.
4. Декомпозиция. Натрий алюминат ерітіндісін декомпозерде бірнеше тәулік араластыру, алюминий оксидінің глиноземі тұнба ретте пайда болуы.
5. Алюминий электролизі. 950 °C-дағы ваннаға криолетпен салу, 400kA тоқ өткізу, алюминий мен оттек атом байланыстары үзіледі, ванна түбінде сұйық металл п.б.
6. Алғашқы алюминий. Кесек түрде тұтынушыға жеткізу.
7. Алюминий құймасы. Формаға құю арқылы өнім жасау, кремний/мыс/магний қосу. Автобөлшектер, авиақозғалтқыш, көлік дискілерін жасау.
8. Прокат. Алюминий созылымдылығы арқасында 9м тіртөртбұрыш кесек жасау. Қақтама/жұқалтыр, сусын банкалары, автобөлшектер жасау.
9. Экструзия. Арнайы пішін алу үшін металді тесу. Көзілдірік ілдірігі, телефон корпусы, ұшақ фюзеляжы, ғарыш кемесін жасау.
10. Қайта құю. Алюминий коррозияға ұшырамайды, қайта қолдану мүмкіндігі бар. Бірінші алюминий өндіруге кеткен энергияның 9% алады.

Алюминийдің қосылыстары

Алюминий оксиді

Алюминий оксиді (${\ce {Al2O3}}$) — глинозем, боксит, корунд. Ол ақ түсті, қатты зат. Суда ерімейді.

Алынуы

• ${\ce {4Al +3O2 =2Al2O3}}$ (алюминийді тікелей тотықтыру)
• ${\ce {2Al(OH)3= Al2O3 +3H2O}}$ (алюминий гидроксидін айыру)

Құрылымдық формуласы: ${\ce {O = Al - O - Al = O}}$

Химиялық қасиеттері

Алюминий оксиді — екідайлы оксид.

• қышқылмен: ${\ce {Al2O3 +6HCl = 2AlCl3 +3H2O}}$
• негізбен: ${\ce {Al2O3 +2NaOH= 2NaAlO2 +H2O}}$

Қолданылуы

${\ce {Al2O3}}$ қаттылығы алмаздан кейінгі орында, сондықтан одан бұрғылар мен тегістеліш құралдар жасалады.

Алюминий гидроксидінің формуласы

Алюминий гидроксиді

Алюминий гидроксиді (${\ce {Al(OH)3}}$) — іркілдек, ұйыған айран тәрізді ақ түсті зат. Ол суда ерімейтін әлсіз екідайлы негіз. Сондықтан ол негіз және қышқыл сияқты диссоциацияланады.

Алынуы

Ерімтал тұзына сілті ерітіндісін біртіндеп ақ тұнба түскенше қосады, сілтінің артық мөлшерінде тұнба еріп кетеді, өйткені оның екідайлы қасиеті бар: ${\ce {AlCl3 +3NaOH =Al(OH)3 v +3NaCl}}$

Химиялық қасиеттері

• қышқылмен: ${\ce {Al(OH)3 +3HCl -> AlCl3 +3H2O}}$
• негізбен:
  • натрий гидроксид ерітіндісінде: ${\ce {Al(OH)3 +NaOH +2H2O -> Na[Al(OH)4(H2O)2]}}$
  • шыққан өнімдерді еріткенде: ${\ce {Al(OH)3 +NaOH ->[1000C] NaAlO2 +2H2O}}$

Қыздырғанда ыдырайды: ${\ce {2Al(OH)3 ->[>575C] Al2O3 +3H2O}}$

Қолданылуы

${\ce {AlCl3}}$ — органикалық синтезде катализатор

• ${\ce {Al2(SO4)3*18H2O}}$ — су тазалауда, қағаз өндірісінде
• ${\ce {KAl(SO4)2*12H2O}}$ — ашудас (квасцы) мата бояуда, тері илеуде қолданылады.

Қызық ақпарат

• температура 100—150 °С болғанда алюминий өте созылғыш болады, одан қалыңдығы 0,01 мм-ден аз фольга алуға болады
• таза алюминийдің беті өзіне түскен жарықтың 90% -ын шағылдырады (көрінетін, ультракүлгін және инфрақызыл)
• алюминийдің бетінде ауаның әсерінен түзілетін оксидтік қабыршақтың қалыңдығы не бәрі 10^-6 см, ол металмен берік байланысқан