С какими свойствами алюминия связано его применение

Использование алюминия: сферы применения чистого металла и его сплавов

Алюминий, как наиболее легкий и пластичный металл, обладает широкой сферой использования. Он отличается устойчивостью к коррозии, имеет высокую электропроводность, а также легко переносит резкие температурные колебания. Еще одной особенностью является при контакте с воздухом появление на его поверхности особой пленки, которая защищает металл.

Все эти, а также другие особенности послужили его активному использованию. Итак, давайте узнаем подробнее, каковы области применения алюминия.

Данный конструкционный металл имеет широкое распространение. В частности именно с его использования начали свою работу авиастроение, ракетостроение, пищевая промышленность и изготовление посуды. Благодаря своим особенностям алюминий позволяет улучшить маневренность судов за счет меньшей массы.

Конструкции из алюминия в среднем на 50% получаются легче, нежели аналогичные стальные изделия.

Отдельно стоит упомянуть способность металла проводить ток. Такая особенность позволила сделать его главным конкурентом меди. Он активно применяется при производстве микросхем и в целом в области микроэлектроники.

Наиболее популярными сферами использования можно назвать:

Авиастроение: насосы, двигатели, корпуса и прочие элементы;
Ракетостроение: как горючий компонент для ракетного топлива;
Судостроение: корпуса и палубные надстройки;
Электроника: провода, кабели, выпрямители;
Оборонное производство: автоматы, танки, самолеты, различные установки;
Строительство: лестницы, рамы, отделка;
Область ЖД: цистерны для нефтепродуктов, детали, рамы для вагонов;
Автомобилестроение: бампера, радиаторы;
Быт: фольга, посуда, зеркала, мелкие приборы;

Широкое распространение объясняется преимуществами металла, однако есть у него и существенный недостаток – это невысокая прочность. Чтобы минимизировать его, в металл добавляется медь и магний.

Как вы уже поняли, основное свое применение получили алюминий и его соединения в электротехнике (и просто технике), быту, промышленности, машиностроении, авиации. Теперь же мы поговорим о применении металла алюминия в строительстве.

О применении алюминия и его сплавах расскажет это видео:

Использование алюминия человеком в области строительства обуславливается его устойчивостью к коррозии. Это дает возможность изготавливать из него конструкции, которые планируется использовать в агрессивных средах, а также на открытом воздухе.

Кровельные материалы

Алюминий активно используется для производства кровли. Этот листовой материал помимо хороших декоративных, несущих и ограждающих особенностей, отличается и доступной стоимостью по сравнению с остальными кровельными материалами. При этом такая кровля не требует профилактического осмотра или ремонта, а срок ее службы превышает многие существующие материалы.

При добавлении в чистый алюминий других металлов можно получить абсолютно любые декоративные особенности. Такая кровля позволяет иметь широкую цветовую гамму, которая идеально впишется в общий стиль.

Оконные переплеты

Можно встретить алюминий среди фонарных и оконных переплетов. Если с аналогичной целью использовать древесину, то она проявит себя как ненадежный и недолговечный материал.

Сталь же быстро покроется коррозией, будет иметь большой вес переплета и неудобства в его открытии. В свою очередь алюминиевые конструкции такими недостатками не обладают.

О свойствах и использовании алюминия расскажет видеоролик ниже:

Алюминиевые панели производятся из сплавов этого металла и используются для внешней отделки домов. Они могут иметь вид обычных штампованных листов или готовых ограждающих панелей, состоящих из листов, утеплителя и облицовки. В любом случае они максимально сдерживают тепло внутри дома и, обладая небольшим весом, не несут нагрузку на фундамент.

Отдельной характеристики заслуживает применение сплава алюминия разных марок.

Сплавы получается в результате искусственного добавления к алюминию других металлов с целью получения необходимых свойств. И на сегодняшний момент существует нескончаемое количество составов таких сплавов, имеющих самое широкое применение.

Наиболее известной сферой их применения является авиастроение. Для производства самолетов используются сплавы, состоящие из алюминия, цинка и магния, что в результате позволяет получить сверхпрочный и надежный материал.
Также нередко используются сплавы алюминия с железом, титаном, никелем.

Если вы захотите самостоятельно изготовить что-либо из алюминия, то следующее видео расскажет вам о его расплавке в домашних условиях:

Понравилась статья? Поделитесь с друзьями в социальных сетях:

Facebook

Twitter

Вконтакте

Одноклассники

Google+

И подписывайтесь на обновления сайта в Контакте, Одноклассниках, Facebook, Google Plus или Twitter.

stroyres.net

Химические свойства алюминия

Одним из распространённых элементов планеты является алюминий. Физические и химические свойства алюминия применяются в промышленности. Все, что необходимо знать, про этот металл вы найдете в нашей статье.

Алюминий – это 13 элемент периодической таблицы. Он находится в третьем периоде, III группе, главной подгруппе.

Свойства и применение алюминия связаны с его электронным строением. Атом алюминия имеет положительно заряженное ядро (+13) и 13 отрицательно заряженных электронов, располагающихся на трёх энергетических уровнях. Электронная конфигурация атома – 1s22s22p63s23p1.

На внешнем энергетическом уровне находится три электрона, которые определяют постоянную валентность III. В реакциях с веществами алюминий переходит в возбуждённое состояние и способен отдавать все три электрона, образуя ковалентные связи. Как и другие активные металлы, алюминий является мощным восстановителем.

Рис. 1. Строение атома алюминия.

Алюминий – амфотерный металл, образующий амфотерные оксиды и гидроксиды. В зависимости от условий соединения проявляют кислотные или основные свойства.

Алюминий обладает:

лёгкостью (плотность 2,7 г/см3);
серебристо-серым цветом;
высокой электропроводностью;
ковкостью;
пластичностью;
температурой плавления – 658°C;
температурой кипения – 2518,8°C.

Из металла делают жестяные ёмкости, фольгу, проволоку, сплавы. Алюминий используют при изготовлении микросхем, зеркал, композитных материалов.

Рис. 2. Жестяные ёмкости.

Алюминий – парамагнетик. Металл притягивается магнитом только в присутствии магнитного поля.

На воздухе алюминий быстро окисляется, покрываясь оксидной плёнкой. Она защищает металл от коррозии, а также препятствует взаимодействию с концентрированными кислотами (азотной, серной). Поэтому кислоты хранят и перевозят в алюминиевой таре.

При обычных условиях реакции с алюминием возможны только после удаления оксидной плёнки. Большинство реакций протекают при высоких температурах.

Основные химические свойства элемента описаны в таблице.

Реакция	Описание	Уравнение
С кислородом	Горит при высоких температурах с выделением тепла	4Al + 3O2 → 2Al2O3
С неметаллом	Взаимодействует с серой при температуре выше 200°С, с фосфором – при 500°С, с азотом – при 800°С, с углеродом – при 2000°С	– 2Al + 3S → Al2S3; – Al + P → AlP; – 2Al + N2 → 2AlN; – 4Al + 3C → Al4C3
С галогенами	Реагирует при обычных условиях, с йодом – при нагревании в присутствии катализатора (воды)	– 2Al + 3Cl2 → 2AlCl3; – 2Al + 3I2 → 2AlI3; – 2Al + 3Br2 → 2AlBr3
С кислотами	Реагирует с разбавленными кислотами при обычных условиях, с концентрированными – при нагревании	– 2Al + 3h3SO4(разбав.) → Al2(SO4)3 + 3h3; – Al + 6HNO3(конц.) → Al(NO3)3 + 3NO2 + 3h3O
Со щелочами	Реагирует с водными растворами щелочей и при сплавлении	– 2Al + 2NaOH + 10h3O → 2Na[Al(h3O)2(OH)4] + 3h3; – 2Al + 6KOH → 2KAlO2 + 2K2O + 3h3
С оксидами	Вытесняет менее активные металлы	2Al + Fe2O3 → 2Fe + Al2O3

Алюминий не реагирует непосредственно с водородом. Реакция с водой возможна после снятия оксидной плёнки.

Рис. 3. Реакция алюминия с водой.

Алюминий – амфотерный активный металл с постоянной валентностью. Обладает небольшой плотностью, высокой электропроводностью, пластичностью. Притягивается магнитом только в присутствии магнитного поля. Алюминий реагирует с кислородом, образуя защитную плёнку, которая препятствует реакциям с водой, концентрированными азотной и серной кислотами. При нагревании взаимодействует с неметаллами и концентрированными кислотами, при обычных условиях – с галогенами и разбавленными кислотами. В оксидах вытесняет менее активные металлы. Не реагирует с водородом.

Средняя оценка: 4.3. Всего получено оценок: 138.

obrazovaka.ru

Свойства и назначение алюминия

Алюминий — этот важнейший представитель легких металлов, нашел себе исключительно широкое применение в самых разнообразных отраслях современной техники благодаря тому что обладает такими свойствами, как малый удельный вес, высокая электропроводность, достаточная механическая прочность и большая коррозионная стойкость по отношению к ряду химических веществ.

Необходимо отметить, что алюминий более теплопроводен, чем железо, а в отношении электропроводности уступает только серебру и меди. Вместе с тем алюминий легко подвергается обработке давлением, т. е. прокатке, резанию, волочению, ковке.

Из химических свойств алюминия характерно его большое сродство к кислороду. Благодаря этому на воздухе и в воде поверхность алюминия покрывается тончайшей (толщиной, примерно, 0,00002 см), но плотной прозрачной окисной пленкой (А120з + А120зН20). Эта пленка, мгновенно образующаяся вновь при ее разрушении (например царапины), идеально смачивает поверхность металла и обусловливает его высокую коррозионную стойкость. Однако сила сцепления с металлом в местах нахождения примесей (в виде отдельных кристаллов и атомарных включений) сильно понижается, и эти места уязвимы для протыкания электролитов. Поэтому, чем выше чистота алюминия, тем больше его коррозионная стойкость/ Однако в присутствии даже следов ртути на поверхности алюминия оксидная пленка вообще не имеет сцепления с металлом, и в этом случае алюминий быстро окисляется кислрродом и влагой воздуха, целиком превращаясь в окись. Алюминий достаточно легко разрушается растворами едких щелочей, соляной и серной кислот. По отношению же к концентрированной азотной кислоте, так же как и неорганическим кислотам, алюминий обнаруживает высокую стойкость.

Исключительно ценным является использование, алюминия в электротехнике для изготовления кабелей, шинопроводов, конденсаторов, выпрямителей. Малый вес алюминиевых проводов позволяет осуществлять их подвеску при значительном расстоянии между опорами, не опасаясь обрыва проводов под влиянием собственного веса,

Высокая коррозионная стойкость алюминия делает его в ряде случаев незаменимым материалом в химическом машиностроении (например, при изготовлении .аппаратуры для производства транспорта и хранения азотной кислоты, а также пищевых продуктов).

Большое значение имеет применение алюминия с целью предохранения (плакирование, алюминиевая краска) металлических поверхностей, подверженных разрушающему действию различных химических веществ и атмосферной коррозии.

Химической активностью алюминия пользуются для получения трудновосстановимыхо металлов (например хрома, марганца, вольфрама и др.), вытесняя последние (алюминием из их кислородных соединений. Такого рода! процессы носят название алюминотермических и составляют особую область металлургии. Алюминотермический процесс применяется также при сваривании железных и стальных деталей, как например, рельсов (термитная сварка). Важное значение имеет применение алюминия в черной металлургии для раскисления стали.

Разнообразное применение алюминий находит себе в пищевой промышленности (упаковка из фольги, консервные банки, укупорка бутылок и т. д.). Наконец, алюминий и его сплавы широко используются в быту (посуда, мебель т пр.) и для всякого рода художественных и декоративных целей.

В заключение следует особо отметить значение алюминия как стратегического металла.

Такие отрасли военной техники, как самолетостроение, авиастроение, судостроение, танкостроение, артиллерия, производство средств связи, а также взрывчатых веществ — требуют применения алюминия и его сплавов.

Во всех случаях, связанных с передвижением, применение легких алюминиевых сплавов как конструкционного материала позволяет достигнуть значительного снижения собственного веса самолетов, кораблей следовательно, повысить их скорость и маневренность – качества, имеющие решающее военнотактическое значение. В первую очередь это очевидно, относится к авиации. Применение же легких алюминиевых сплавов в военно-морском судостроении вместе с тем дает возможность, не увеличивая тоннажа судна, повысить насыщенность его боевыми средствами.

В зажигательных (термитных) авиабомбах, снарядах и для осветительных целей (осветительные и сигнальные ракеты) используется способность порошкообразного алюминия и его сплавов к быстрому воспламенению, что сопровождается ярким светом и выделением большого количества тепла.

Существенное значение применение алюминия и его сплавов имеет в саперном деле (для изготовления деталей понтонов, переносных мостков), а также в походном снаряжении армии (котелки, фляги, термосы).

Интересно отметить, что первые попытки технического применения алюминия в самом начале зарождения алюминиевой промышленности (в середине прошлого столетия) были уже связаны со стремлением использовать этот металл для военных целей. Однако желание Наполеона III применить для изготовления снаряжения и вооружения французской армии алюминий, стоимость которого тогда почти достигала стоимости драгоценного металла, было в то время, конечно, неосуществимо.

Только с созданием в конце прошлого столетия современного экономичного способа производства алюминия и изобретения его сплавов, обладающих высокими механическими качествами, применение алюминия для военных нужд стало не только возможным, но и необходимым.

for-engineer.info

Алюминий и его соединения. Свойства и применение алюминия | Советы тут

Урок химии 13 — Алюминий и его соединения. Свойства и применение алюминия.

В периодической таблице алюминий находится в третьем периоде, в главной подгруппе третьей группы. Заряд ядра +13. Электронное строение атома 1s22s22p63s23p1.

Наиболее характерная степень окисления атома алюминия +3. Отрицательная степень окисления проявляется редко. Во внешнем электронном слое атома существуют свободные d-подуровни. Благодаря этому его координационное число в соединениях может равняться не только 4 ([AlCl4]—, [Alh5]—, алюмосиликаты), но и 6 (Al2O3,[Al(Oh3)6]3+).

Алюминий — типичный амфотерный элемент. Для него характерны не только анионные, но и катионные комплексы. Так, в кислой среде существует катионный аквакомплекс [Al(Oh3)6]3+, а в щелочной — анионный гидроксокомплекс [Al(OH)6]3-.

В виде простого вещества алюминий — серебристо-белый, довольно твердый металл с плотностью 2,7 г/см3 (т. пл. 660 оС, т. кип. ~2500 оС). Кристаллизуется в гранецентрированной кубической решетке. Характеризуется высокой тягучестью, теплопроводностью и электропроводностью (составляющей 0,6 электропроводности меди). С этим связано его использование в производстве электрических проводов. При одинаковой электрической проводимости алюминиевый провод весит вдвое меньше медного.

На воздухе алюминий покрывается тончайшей (0,00001 мм), но очень плотной пленкой оксида, предохраняющей металл от дальнейшего окисления и придающей ему матовый вид. При обработке поверхности алюминия сильными окислителями (конц. HNO3, K2Cr2O7) или анодным окислением толщина защитной пленки возрастает. Устойчивость алюминия позволяет изготавливать из него химическую аппаратуру и емкости для хранения и транспортировки азотной кислоты.

Алюминий легко вытягивается в проволоку и прокатывается в тонкие листы. Алюминиевая фольга (толщиной0,005 мм) применяется в пищевой и фармацевтической промышленности для упаковки продуктов и препаратов.

Основную массу алюминия используют для получения различных сплавов, наряду с хорошими механическими качествами характеризующихся своей легкостью. Важнейшие из них — дюралюминий (94% Al, 4% Cu, по 0,5% Mg, Mn, Fe и Si), силумин (85 — 90% Al, 10 — 14% Si, 0,1% Na) и др. Алюминиевые сплавы применяются в ракетной технике, в авиа-, авто-, судо- и приборостроении, в производстве посуды и во многих других отраслях промышленности. По объему применения сплавы алюминия занимают второе место после стали и чугуна.

Алюминий, кроме того, применяется как легирующая добавка ко многим сплавам для придания им жаростойкости.

Химические свойства. Реагирует с неметаллами:

4Al + 3O2 → 2Al2O3 ; 2Al + 3Br2 → 2AlBr3

c оксидами металлов:

2Al + Fe2O3 → Al2O3 + 2Fe (алюмотермия)

c водой (если удалить оксидную пленку):

2Al + 6h3O → 2Al(OH)3↓ + 3h3↑

c кислотами ( HCl и Н2SO4 пассивируется конц. HNO3 ):

2Al + 3h3SO4 → Al2(SO4)3 + 3h3↑

c щелочами:

2Al + 2NaOH + 6h3О → 2Na [Al(OH)4] + 3h3↑

Соединения алюминия.

Оксид алюминия представляет собой белую, очень тугоплавкую (т. пл. 2050 оС) и нерастворимую в воде массу. Природный Al2O3 (минерал корунд), а также полученный искусственно и затем сильно прокаленный отличается большой твердостью и нерастворимостью в кислотах. В растворимое состояние Al2O3 (т. н. глинозем) можно перевести сплавлением со щелочами.

Ввиду нерастворимости Al2O3 в воде, отвечающий этому оксиду гидроксид Al(OH)3 может быть получен лишь косвенным путем из солей. Получение гидроксида можно представить в виде следующей схемы. При действии щелочей ионами OH— постепенно замещаются в аквокомплексах [Al(Oh3)6]3+ молекулы воды:

[Al(Oh3)6]3+ + OH— = [Al(OH)(Oh3)5]2+ + h3O

[Al(OH)(Oh3)5]2+ + OH— = [Al(OH)2(Oh3)4]+ + h3O

[Al(OH)2(Oh3)4]+ + OH— = [Al(OH)3(Oh3)3]0 + h3O

Al(OH)3 представляет собой объемистый студенистый осадок белого цвета, практически нерастворимый в воде, но легко растворяющийся в кислотах и сильных щелочах. Он имеет, следовательно, амфотерный характер. Однако и основные и особенно кислотные его свойства выражены довольно слабо. В избытке Nh5OH гидроксид алюминия нерастворим. Одна из форм дегидратированного гидроксида — алюмогель используется в технике в качестве адсорбента.

При взаимодействии с сильными щелочами образуются соответствующие алюминаты:

NaOH + Al(OH)3 = Na[Al(OH)4]

Алюминаты наиболее активных одновалентных металлов в воде хорошо растворимы, но ввиду сильного гидролиза растворы их устойчивы лишь при наличии достаточного избытка щелочи. Алюминаты, производящиеся от более слабых оснований, гидролизованы в растворе практически нацело и поэтому могут быть получены только сухим путем (сплавлением Al2O3 с оксидами соответствующих металлов).

С кислотами Al(OH)3 образует соли. Производные большинства сильных кислот хорошо растворимы в воде, но довольно значительно гидролизованы, и поэтому растворы их показывают кислую реакцию. Еще сильнее гидролизованы растворимые соли алюминия из слабых кислот. Вследствие гидролиза сульфид, карбонат, цианид и некоторые другие соли алюминия из водных растворов получить не удается.

Галогениды алюминия в обычных условиях — бесцветные кристаллические вещества. В ряду галогенидов алюминия AlF3 сильно отличается по свойствам от своих аналогов. Он тугоплавок, мало растворяется в воде, химически неактивен. Основной способ получения AlF3 основан на действии безводного HF на Al2O3 или Al:

Al2O3 + 6HF = 2AlF3 + 3h3O

Соединения алюминия с хлором, бромом и иодом легкоплавки, весьма реакционноспособны и хорошо растворимы не только в воде, но и во многих органических растворителях. Взаимодействие галогенидов алюминия с водой сопровождается значительным выделением теплоты. В водном растворе все они сильно гидролизованы, но в отличие от типичных кислотных галогенидов неметаллов их гидролиз неполный и обратимый. Будучи заметно летучими уже при обычных условиях, AlCl3, AlBr3 и AlI3 дымят во влажном воздухе (вследствие гидролиза). Они могут быть получены прямым взаимодействием простых веществ.

Сульфат алюминия Al2(SO4)3.18h3O получается при действии горячей серной кислоты на оксид алюминия или на каолин. Применяется для очистки воды, а также при приготовлении некоторых сортов бумаги.

Алюмокалиевые квасцы KAl(SO4)2.12h3O применяются в больших количествах для дубления кож, а также в красильном деле в качестве протравы для хлопчатобумажных тканей. В последнем случае действие квасцов основано на том, что образующиеся вследствие их гидролиза гидроксид алюминия отлагается в волокнах ткани в мелкодисперсном состоянии и, адсордбируя краситель, прочно удерживает его на волокне.

Из остальных производных алюминия следует упомянуть его ацетат (иначе — уксуснокислую соль) Al(Ch4COO)3, используемый при крашении тканей (в качестве протравы) и в медицине (примочки и компрессы). Нитрат алюминия легко растворим в воде. Фосфат алюминия нерастворим в воде и уксусной кислоте, но растворим в сильных кислотах и щелочах.

Это был урок химии 13 — Алюминий и его соединения. Свойства и применение алюминия.

{lang: 'ru'}

Share this post for your friends:

↑Как установить такие кнопки?↑

sovety-tut.ru