Alyuminiy haqida malumot

Alyuminiy haqida malumot

Alyuminiy (Al, lat. Alyuminiy)-kimyoviy elementlar davriy jadvalining 13-guruh elementi (eskirgan tasnifga ko'ra — III guruhning asosiy kichik guruh elementi), uchinchi davr, atom raqami 13. Engil metallar guruhiga kiradi. Er qobig'idagi eng keng tarqalgan metall va uchinchi eng keng tarqalgan kimyoviy element (kislorod va kerimniydan keyin).

Alyuminiy
← Geliy | Xlor  →
Oddiy moddaning ko’rinishi Yumshoq, engil va egiluvchan kumush-oq rangli metall
Atom xossalari
Nomi, belgi, raqami ——————-→ Alyuminiy (Al), 13
Atom massasi ——————-→ 26.9815386 m.a.b. (g/mol);
Elektron konfiguratsiyasi ——————-→[Ne] 3s 2 3p 1
Atom radiusi ——————-→ 143 pm
Kimyoviy xossalari
Kovalent radius ——————-→ 121 ± 4pm
Van der Vals radiusi——————-→ 184pm
Ion radiusi ——————-→ 51 (+ 3e)  pm
Elektrmanfiyligi ——————-→ 1.61 (poling shkalasi bo‘yicha)
Oksidlanish darajasi ——————-→ 0; +3
Ionlanish energiyasi ——————-→  577,5  kJ/mol; (5,984 eV)
Oddiy moddaning termodinamik xususiyatlari
Termodinamik faza ——————-→ Qattiq modda
Zichlik ( n.sh. da ) ——————-→ 2.6989 g / sm³
Erish harorati ——————-→ 660 ° C, 933,5 K
Qaynatish harorati ——————-→ 2518,82 ° C, 2792 K
Solishtirma erish issiqligi ——————-→ 10,75 kJ/mol;
Solishtirma buglanish issiqligi ——————-→ 284,1 kJ/mol;
Molyar issiqlikgi ——————-→ 24.35  kJ/(K∙mol);
Molyar hajmi ——————-→ 10,0  mol/sm3;
Oddiy moddaning kristall panjarasi
Panjara tuzilishi ——————-→ Chegaraviy konsentratsiyalangan
Panjara parametrlari ——————-→ 4,050  Å
Debay harorati ——————-→ 394  K
Boshqa xususiyatlar
Issiqlik o’tkazuvchanligi ——————-→ (300 K) 237 Vt / (m · K)
CAS raqami ——————-→7429-90-5
Emissiya spektri

 Alyuminiy kumush-oq rangli engil paramagnetik metall bo'lib, uni shakllantirish, quyish, ishlov berish oson. Alyuminiy yuqori issiqlik va elektr o'tkazuvchanligiga, korroziyaga chidamliligiga ega, chunki sirtda ta'sirlardan himoya qiluvchi kuchli oksid hisil qiladi.

Ishlatilishi

Strukturaviy material sifatida keng qo'llaniladi. Ushbu sifatdagi alyuminiyning asosiy afzalliklari - engil, yumshoq, korroziyaga chidamlilik( havoda alyuminiy darhol uning oksidlanishiga to'sqinlik qiluvchi kuchli Al2O3 plyonka bilan qoplanishi), yuqori issiqlik o'tkazuvchanligi, uning birikmalari zaxarli emasligi. Xususan, bu xususiyatlar alyuminiyni oshxona anjomlari, oziq-ovqat sanoati va qadoqlash uchun alyuminiy folga ishlab chiqarishda juda mashhur qildi. Birinchi uchta xususiyat alyuminiyni aviatsiya va aviatsiya-kosmik sanoatida asosiy xom ashyo sifatida ishlatishga keng yo'l ochdi.

Strukturaviy material sifatida alyuminiyning asosiy kamchiliklari kam qattiqligidir, shuning uchun uni mustahkamlash uchun odatda mis va magniyning oz miqdori bilan i (qotishma duraluminium deb ataladi).

• Xususiyatlari kompleksi tufayli u issiqlik uskunalarida keng qo'llaniladi.

• Alyuminiy va uning qotishmalari o'ta past haroratlarda mo'rt bo'lmaydi. Shu tufayli u kriyogen texnologiyada keng qo'llaniladi.

• Vakuumni cho'ktirishning arzonligi va qulayligi bilan birgalikda yuqori aks ettirish, alyuminiyni kuzgu ishlab chiqarish uchun eng maqbul materialga aylantiradi.

• Gaz hosil qiluvchi vosita sifatida qurilish materiallari ishlab chiqarish uchun.

• Alyuminiy sulfid vodorod sulfid ishlab chiqarish uchun ishlatiladi.

• Ko'pikli alyuminiyni ayniqsa kuchli va engil material sifatida ishlab chiqish bo'yicha tadqiqotlar olib borilmoqda.

Qaytaruvchi  agenti sifatida

• Termitning tarkibiy qismi sifatida, alyumotermiya uchun aralashmalar.

• Pirotexnikada.

• Alyuminiy noyob metallarni oksidlaridan yoki galogenlardan  qaytarishda ishlatiladi.

Qora metallurgiyada

• Alyuminiy juda kuchli deoksidlovchi hisoblanadi, shuning uchun u po'latni ishlab chiqarishda ishlatiladi.

Alyuminiy boshqa qotishmalarga qo'shimcha sifatida

Alyuminiy ko'plab qotishmalarning muhim tarkibiy qismidir. Misol uchun, alyuminiy bronzalarda asosiy komponentlar mis va alyuminiydir. Magniy qotishmalarida alyuminiy ko'pincha qo'shimcha sifatida ishlatiladi. Elektr isitish qurilmalarida spirallarni ishlab chiqarish uchun fehral (Fe, Cr, Al) ishlatiladi (boshqa qotishmalar bilan birga). Po'latga ishlov berishga osonlashtirish uchun qo'shiladi.

Zargarlik buyumlari

Alyuminiy juda qimmat bo'lgan vaqtda, undan turli xil zargarlik buyumlarini tayyorlangan. Shunday qilib, Napoleon III alyuminiy tugmachalarga buyurma qilgan va 1889-yilda Mendeleyevga oltin va alyuminiy idishlar bilan tarozi berildi.

Yaponiyada alyuminiy an'anaviy zargarlik buyumlarini ishlab chiqarishda ishlatiladi, kumush o'rnini bosadi.

Shisha ishlab chiqarish

Shisha sanoatida alyuminiyning ftorid , fosfat va  oksidlari ishlatiladi.

Oziq-ovqat sanoati

Alyuminiy E173 oziq-ovqat qo'shimchasi sifatida ro'yxatdan o'tgan.

Harbiy sanoatda

Metallning arzonligi va yengiligi qo'lda ishlatiladigan qurollarni, xususan, avtomat va to'pponchalarni ishlab chiqarishda keng qo'llanilishiga olib keldi.

Raketada alyuminiy va uning birikmalari

Alyuminiy va uning birikmalari ikki komponentli raketa yoqilg'isida yuqori samarali raketa yoqilg'isi sifatida va qattiq raketa yonilg'isida yonuvchan komponent sifatida ishlatiladi. Quyidagi alyuminiy birikmalar raketa yoqilg'isi sifatida eng katta qiziqish uyg'otadi:

Alyuminiy gidrid

Alyuminiy boran

Trimetilaluminiy

Trietilaluminiy

Tripropil alyuminiy

Tabiatda tarqalishi

Alyuminiy Yerda tarqalganligi bo‘yicha metallar ichida birinchi, umuman kimyoviy elementlar ichida esa uchinchi o‘rinni egallaydi. Yer qobig‘idagi alyuminiyning massa ulushi 7,45-8,14% gacha deb baholanadi.

Yuqori reaksion faollogi sababli, Tabiatda alyuminiy deyarli istisnosiz ravishda faqat birikma holida uchraydi. Alyuminiyning tabiatda eng keng tarqalgan birikmalari quyidagilardir:

• Boksit  - Al ₂ O ₃ · H ₂ O (SiO₂ , Fe₂ O₃ , CaCO₃ aralashmalari)
• Nefelin  - KNa ₃ [AlSiO ₄ ] ₄
• Alunitlar  - (Na, K)₂ SO ₄ Al ₂ (SO ₄ ) ₃ 4Al (OH) ₃
• Alumina oksidi ( kaolinning SiO₂ qum bilan aralashmasi , ohaktosh CaCO₃ , magnezit MgCO₃ )
• Korund ( safir , yoqut , zumrad ) - Al₂ O₃
• Feldispatlarda  - (K, Na)₂ O · Al ₂ O ₃ · 6SiO ₂ , Ca [Al ₂ Si ₂ O ₈ ]
• Kaolinit  - Al₂ O₃ · 2SiO ₂ · 2H ₂ O
• Beril ( zumrad , akuamarin ) - 3VeO · Al ₂ O ₃ · 6SiO₂
• Xrizoberil ( aleksandrit ) - BeAl ₂ O₄ .

Sof holdagi alyuminiy metalli favqulodda oz miqdorlarda vulqonlar qa'ridan aniqlangan. Tabiiy suvlarda alyuminiy asosan kimyoviy birikmalar tarzida, xususan, alyuminiy ftoridi ko‘rinishida uchraydi. Dunyo okeani suvlaridagi alyuminiy miqdori taxminan 0,01 gr/litr deb baholangan.

Kimyoviy xossalari

Me'yoriy sharoitlarda alyuminiy yupqa va mustahkam oksid qatlami bilan qoplangan bo‘ladi. Chunki u odatiy oksidlovchilar - suv, kislorod va azot kislotasi bilan qizdirishsiz ham oson reaksiyaga kirishadi. Shu xossasi tufayli alyuminiy amalda korroziyaga uchramaydi va sanoat miqyosida kuchli talabga ega. Biroq, oksid qatlamining yo‘qilishi bilan, masalan, ammoniy tuzlari NH₄⁺, qaynoq ishqorlar yoki, amalgammalanish natijasida, alyuminiyning oksid qatlami yo‘qoladi. Bu holatda alyuminiy faol tiklovchi metall tarizda harakat qila boshlaydi.

Alyuminiyga galliy, indiy, yoki, qalay metallari bilan ishlov berilasa, alyuminiyda oksid qatlami hosil bo‘lmaydigan bo‘ladi. Bu jarayonda alyuminiyning ustki sirti mazkur metallarning evtektiklari bilan namlanadi.

Alyuminiy oddiy moddalar bilan oson reaksiyaga kirishadi:

•  kislorod bilan:

4Al + 3O ₂ → 2Al ₂ O ₃

• galogenlar bilan :

2Al + 3Br ₂ → 2AlBr ₃

qizdirilganda boshqa metallmaslar bilan reaksiyaga kirishadi:

2Al + 3S → Al ₂ S ₃

2Al + N ₂ → 2AlN

4Al + 3S → Al ₄ S ₃

Alyuminiy sulfid va karbid to'liq gidrolizlanadi:

Al ₂ S ₃ + 6H ₂ O → 2Al (OH) ₃ + 3H ₂ S

Al ₄ C ₃ + 12H ₂ O → 4Al (OH) ₃ + 3CH₄

Murakkab moddalar bilan:

• gidroksidilar bilan (tetrahidroksoaluminatlar va boshqa aluminatlar hosil bo'lishi bilan ):

2Al + 2NaOH + 6H ₂ O → 2Na [Al (OH) ₄ ] + 3H ₂

• Xlorid va suyultirilgan oltingugurt kislotalarida osongina eriydi:

2Al + 6HCl → 2AlCl ₃ + 3H ₂

2Al + 3H ₂ SO ₄ (razb) → Al ₂ (SO ₄ ) ₃ + 3H ₂

• Isitganda u kislotalarda eriydi, alyuminiy tuzlarini hosil qiladi:

2Al + 6H ₂ SO _4 (kon) → Al ₂ (SO ₄ ) ₃ + 3SO ₂ + 6H ₂ O

Al + 6HNO _3 (Kon) → Al (NO₃ ) ₃ + 3NO ₂ + 3H ₂O

metallarni oksidlaridan ( aluminotermiya ) qaytarishda :

8Al + 3Fe ₃ O ₄ → 4Al ₂ O ₃ + 9Fe

2Al + Cr ₂ O ₃ → Al ₂ O ₃ + 2Cr

Olinishi va asosiy konlari

Alyuminiy kislorod bilan mustahkam kimyoviy bog‘lanish hosil qiladi. Boshqa metallar bilan taqqoslansa, alyuminiy rudadan tiklash ancha mushkul jarayon bo‘lib, buning sababi, alyuminiyning o‘ta faol reaksion qobiliyati, hamda, tarkibida alyuminiy tutuvchi rudalarning erish harorati o‘ta yuqoriligi bilan bog‘liq. Alyuminiy olishda uglerod vositasidagi to‘g‘ridan-to‘g‘ri tiklash usuluni qo‘llab bo‘lmaydi. Chunki, alyuminiyning tiklash qobiliyati uglerodnikidan yuqori. Shuning uchun, alyuminiy olishda rudani oraliq mahsulot - Al₄C₃ olish yo‘li bilan bilvosita tiklanadi. o‘z navbatida Al₄C₃ moddasi 1900-2000 °C haroratda alyuminiy sof holda ajrashi bilan parchalanadi. Biroq, bu usulda alyuminiy olish hozircha loyihalanish jarayonida bo‘lib, kelajakda uni sanoatga tadbiq etish ko‘zlanmoqda. Chunki, hisob-kitoblarga ko‘ra, mazkur usul, energiya tejamkorligi va is gazi ajralib chiqishi nuqtai nazaridan ancha samarador usul deb qaralmoqda.

Hozirda butun dunyo bo‘ylab keng tarqalgan asosiy alyuminiy olish usuli - Xoll-Eru jarayoni deb nomlanadi. Uni 1886-yilda bir-biridan mustaqil ravishda, AQSHlik Charlz Martin Xoll (1863-1914) va Fransiyalik Pol Lui Tussen Eru (1863-1914) tomonidan ishlab chiqilgan bo‘lib, mazkur usul alyuminiy oksidi, ya'ni, Al₂O₃ ni kriolit eritmasi (Na₃AlF₆) da eritish va keyin uni koks yoki, grafit elektrodlari vositasida elektrolizlash jarayoniga asoslanadi. Ushbu usulda alyuminiy olish juda katta energiya sarfini talab etadi va shu sababli ham, mazkur usulni sanoatga tadbiq etish faqat XX asrga kelibgina amalga oshirildi.

1 tonna alyuminiy ishlab chiqarish uchun 1,92 tonna alyuminiy oksidi talab etiladi. Shuningdek, jarayonda 65 kg kriolit, 35 kg alyuminiy ftoridi va 600 kg grafit anod elektrodlari sarf etiladi. Energiya sarfi 1 tonna alyuminiy uchun 17 MVt·soat (?61 GJ).

Jahon bo‘ylab asosiy alyuminiy konlari asosan boksit rudalari markazlashgan hududlar bilan bog‘liq. Dunyodagi eng yirik boksit konlari Gvineya (g‘arbiy Afrika), Braziliya, Surinam, Gayana, Venesuela, Yamayka, Avstraliya, Hindiston, Xitoy, Gretsiya, Turkiya, hamda, Rossiyaning Ural mintaqasiga to‘g‘ri keladi. Alyuminiy qazib olish va qayta ishlash ko‘lami bo‘yicha esa jahonda Xitoy davlati yetakchilik qiladi. Bu mamlakat butun dunyo alyuminiy ishlab chiqarish hajmining taxminan 48-50 % ulushini yetkazib beradi. Rossiya, Kanada, BAA, Avstraliya, Hindiston, Norvergiya, Baxrayn va Tojikiston davlatlari ham alyuminiy ishlab chiqarish va qayta ishlash bo‘yicha yetakchilar sanaladi. o‘rta hisobda, bir kunda butun dunyoda 130 ming tonna alyuminiy ishlab chiqariladi.

 2007-yilda, dunyoda 38 million tonna birlamchi alyuminiy ishlab chiqarilgan;  2008 -yilda esa 39,7 million tonna ishlab chiqarilgan.

1.  Xitoy (2007 yilda 12,60 million tonna, 2008 yilda 13,50 million tonna ishlab chiqarilgan)
2.  Rossiya (3.96 / 4.20)
3.  Kanada (3.09 / 3.10)
4.  AQSh (2.55 / 2.64)
5.  Avstraliya (1.96 / 1.96)
6.  Braziliya (1.66 / 1.66)
7.  Hindiston (1.22 / 1.30)
8.  Norvegiya (1.30 / 1.10)
9.  BAA (0,89 / 0,92)
10.  Bahrayn (0,87 / 0,87)
11.  Janubiy Afrika (0,90 / 0,85)
12.  Islandiya (0,40 / 0,79)
13.  Germaniya (0.55 / 0.59)
14.  Venesuela (0,61 / 0,55)
15.  Mozambik (0,56 / 0,55)
16.  Tojikiston (0,42 / 0,42)

2016 yilda 59 million tonna alyuminiy ishlab chiqarildi.

2019 yilda 63,69 million tonna alyuminiy ishlab chiqarild.

Fizik xossalari

Sof holdagi alyuminiy, ancha yengil, oqish-kumushsimon rangli metall. Zichligi 2712 kg/m³. Texnik alyuminiyning erish harorati 658 °C, sof alyuminiy esa 660 °C da eriydi. Solishtirma erish issiqligi 390 kJ/kg. Alyuminiyning nur qaytarish xossasi ham ancha yuqori. Shuningdek, ushbu metall yuqori elektr o‘tkazuvchanlik (37·10⁶ Sm/m) va issiqlik o‘tkazuvchanlik (203,5 Vt/(m·K)) xossalariga ega. Alyuminiy deyarli barcha metallar bilan qotishmalar hosil qiladi. Uning mis va magniy bilan qotishmasi - dyuralyuminiy, hamda, kremniy bilan qotishmasi - silumin ko‘proq tarqalgan.

Izotoplari

Tabiatda tarqalgan alyuminiy amalda 99,99% ga, yagona va barqaror izotop ²⁷Al dan tashkil topgan. Juda-juda kam miqdorda (uning ham faqat izi aniqlangan) ²⁶Al izotopi yuqori energiyali kosmik nurlar ta'sirida ⁴⁰Ar argon yadrolarining parchalanishi natijasida atmosferada vujudga keladi. ²⁶Al izotopining yarim yemirilish davri ≈720 ming yil. Alyuminiyning ushbu ²⁶Al izotopini fanda shuningdek «kosmogen alyuminiy» ham deyiladi. Kosmogen alyuminiy birinchi marotaba Oy toshlarini va meteoiritlarni o‘rganish asnosida aniqlangan.

Biologik ahamiyati

Tabiatda juda keng tarqalgan bo‘lishiga qaramasdan, alyuminiy biror-bir tirik organizmdagi metaboliz jarayonlarida ishtirok etmaydi (harholda, alyuminiy ishtirokida kechuvchi biror organik jarayon hozircha aniqlanmagan). ya'ni, alyuminiy - o‘lik metalldir. Garchi, alyuminiy va uning birikmalarining toksiklik darajasi juda past bo‘lsa-da, lekin, organizmga uzoq muddat davomidagi ta'siri natijasida odam va hayvonlar tana to‘qimalariga zararli ta'sir qilishi ehtimoli yo‘q emas. Organizmga alyuminiy asosan ichimlik suvi orqali kiradi. Alyuminiyning xloridlari, nitratlari va atsetatlari nisbatan kuchliroq toksik ta'sirga ega. Alyuminiyning toksik ta'siri eng avvalo asab tizimiga nisbatan bo‘ladi. Ichimlik suvi bilan organizmga tushgan alyuminiy odatda siydik bilan yana chiqib ketadi. Bir kun davomida o‘rta yoshdagi odam siydigi bilan taxmina 15 mg alyuminiy elementi chiqariladi. Shu sababli, siydik chiqarish funksiyasi buzilgan bemorlarda alyuminiyning toksik ta'siri yaqqolroq namoyon bo‘ladi.

Kashf etilish tarixi va noming kelib chiqishi

Alyuminiyni birnichi bo‘lib 1825-yilda Daniyalik fizik Xans Xristian Ersted tomonidan alyuminiy xloridiga kaliy amalgammasini ta'sir ettirish yo‘li bilan olingan. Element nomi alumen ya'ni, lotin tilidagi achiqtosh so‘zidan yasalgan.

Dastlabki paytlarda olishning qiyinligi sababli, alyuminiy metali juda qimmat bo‘lgan. Sanoat misyosida ishlab chiqarilishi yo‘lga qo‘yilguniga qadar alyuminiy oltindan ham qimmat yurgan.