Hliník | Jaký druh kovu, oblasti použití, historie objevů, struktura

Hliník – univerzální a hodnotný materiál, nejběžnější kov. Slitiny hliníku se pro své základní vlastnosti používají v průmyslové výrobě, strojírenství, elektronických zařízeních, zemědělství a každodenním životě. Vyrábí se z něj kuchyňské nádobí, kovové konstrukce, díly do letadel a automobilů, přidává se do stavebních materiálů a domácích spotřebičů.

Obecné charakteristiky

Z hlediska množství v zemské kůře je hliník na 3. místě po kyslíku a křemíku mezi všemi atomy a na 1. místě mezi kovy. hmotnostní koncentrace hliníku (Al) v zemské kůře je 7,5–8 %.

Al, chemický prvek III. skupiny periodické soustavy Mendělejevových prvků, je aktivní látka na vzduchu je pokryta filmem oxidu hlinitého, který spolehlivě chrání kov před další oxidací. Pro dosažení maximální odolnosti proti korozi a oxidaci je hliníkový povrch eloxován. V přírodě se nevyskytuje v čisté formě, ale nachází se ve složitých látkách. Hlavní hliníkové suroviny jsou bauxit, nefelin, alunit, jíl, kaolin a kyanit. V Rusku se hliník vyrábí z bauxitu, nefelinu a alunitu. Hliník se nachází v některých horninách a minerálech, jako jsou hlinitokřemičitany.

Rubíny a safíry jsou korund obsahující oxid hlinitý a jsou krystalickou formou. Rozdíl v barvě je dosažen díky cizím nečistotám. Drahokam Alexandrit, přírodní odrůda chrysoberylu, obsahuje Al. Fluoridy hlinité se v přírodní vodě vyskytují v nízkých koncentracích. Hliník se hromadí v játrech, slinivce břišní a štítné žláze.

Tkáně zvířat a rostlin obsahují hliník ve velmi malých množstvích. Známé jsou koncentrátory, které akumulují hliník: měkkýši a mechy. Al tvoří slitiny s většinou kovů. Při kombinaci s křemíkem se získá silumin a při kombinaci s mědí a hořčíkem dural. Kov ve své čisté formě se získává elektrolýzou redukce oxidu. Hliník se používá k získávání vzácných kovů z jejich oxidů nebo halogenidů. Tento proces se nazývá aluminotermie. Al po redukci obsahuje měď, železo a titan.

Historie objevu hliníku

Již od starověku se hliník používal jako složka směsi na činění kůže. V polovině 1. století provedl C. K. Oersted první pokusy s cílem získat hliník. vědci se podařilo získat kov zahřátím chloridu hlinitého s amalgámem a odstranit z něj rtuť. Po interakci látek se uvolnil potřebný bílý prášek. Další výzkum kovu pomohl vědcům určit vlastnosti hliníku.

O dva roky později Němec F. Wöhler získal hliník ve formě granulí zahříváním chloridu hlinitého a draslíku. V roce 1854 vědec Henri Sainte-Clair Deville zjednodušil proces získávání kovu pomocí kovového sodíku k vytěsnění hliníku z dvojitého chloridu sodného. V důsledku experimentu bylo získáno několik kilogramů hliníku najednou. A v roce 1856 použil elektrolýzu roztaveného chloridu sodného k výrobě hliníku.

Tato metoda se používá dodnes. Na počátku 20. stol. podniky začaly vyrábět hliník pomocí elektřiny.

Fyzikální vlastnosti hliníku

Vzhledem k vlastnostem hliníku – vysoká tažnost, odolnost vůči chladu, odolnost proti korozi, elektrická a tepelná vodivost, lze hliník dobře zpracovávat válcováním, kováním, lisováním, tažením, svařováním, řezáním, ohýbáním a broušením. Zhoršení mechanických, technologických a fyzikálně-chemických vlastností čistého hliníku je spojeno s přítomností nečistot přítomných v kovu v různém množství, například titanu, křemíku, železa, mědi a zinku. V závislosti na stupni čištění má hliník různou odolnost proti korozi v různých prostředích má dva typy: technickou a vysokou čistotu. Průmyslový kov se používá k výrobě válcovaných výrobků, různých slitin, kabelů a drátů.

Mikroobvody a části pro speciální účely jsou vyrobeny z vysoce čistého hliníku kvůli vysokým nákladům na tento typ kovu. Hliník má vysokou elektrickou vodivost, vyšší pouze u zlata, stříbra a mědi. Prodloužené žíhání zlepšuje elektrickou vodivost kovu. Díky kombinaci vysoké elektrické vodivosti a nízké hustoty se hliník používá při výrobě kabelů a vodičů spolu s mědí. Tažnost se zhoršuje v důsledku plastické deformace při tváření kovů za studena.

Hliník může být díky své plasticitě válcován do tenkých fóliových plátů za vzniku drátu. S poklesem množství mědi, manganu a hořčíku se zvyšuje čistota hliníku, zvyšuje se tepelná vodivost a schopnost odrážet světelné paprsky. Právě vysoká tepelná vodivost umožňuje vyrábět z hliníku chladiče motorů pro automobily a výměníky tepla.

Vzhledem k chybějící reakci hliníku s kyselinou dusičnou (koncentrovanou a zředěnou), organickými kyselinami, odolností vůči solím a vodě lze kov používat v agresivním prostředí bez obav z tvorby silné koroze. Koroze hliníku ve vlhké půdě se obvykle vyskytuje jako skvrny nebo lokalizované léze doprovázené mírnou ztrátou hmotnosti kovu. Proto se z ní vyrábějí lodě, čluny a další druhy dopravy, speciální zařízení a stroje, které s vodou interagují.

Mezi hlavní fyzikální vlastnosti Al patří:

• teplota tání — +658–660 °С;
• hustota — 2,7 g/cm³;
• teplota varu — +2 450 °С.

Chemické vlastnosti hliníku

Hlavní vlastností hliníku je redukce ostatních látek z jejich sloučenin.

Kov se čistí od oxidového filmu pomocí cínu, galia, amonných solí, horkých alkalických sloučenin a také pomocí amalgamace. Při zahřátí hliník reaguje s alkáliemi, kyselinami, sírou a sloučeninami halogenů, s výjimkou jódu – hliník reaguje s tímto halogenem bez zvýšení teploty. Při reakci s kyselinou sírovou a chlorovodíkovou vznikají hlinité soli.

Reakce s oxidy kovů jasně demonstrují redukční vlastnosti hliníku. Hliník je schopen oddělovat kovy od různých sloučenin, to znamená, že působí jako redukční činidlo. Tato vlastnost hliníku se aktivně využívá v metalurgickém průmyslu.

Jak získat hliník

Al je možné získat pomocí krokové technologie, která spotřebuje hodně elektřiny. Proto se vedle hliníkárenských společností staví elektrárny. Oxid hlinitý uvolněný během procesu elektrolýzy se rozpustí v narovnaném kryolitu, aby se snížila teplota kompozice. Při výrobě hliníku zónovým tavením by obsah dusíku a síry neměl překročit 10–⁴ %, ostatní nečistoty – 10–⁵ %.

Typy sloučenin hliníku

Existuje více než 30 druhů sloučenin hliníku v závislosti na účelu a provozních podmínkách. Například práškový hliník, hydrid, boranát, trimethylaluminium se používají jako součásti leteckého a raketového paliva kvůli schopnosti vznícení při interakci s volným kyslíkem. Sklo se vyrábí za použití fluoridů hliníku a fosfátů.

Pro průmyslovou výrobu jsou vhodné hliník-draselný a hlinito-sodný kamenec, karbidy hliníku, ale i křemičitany hlinité, hybridy a chlorečnany. Sloučeniny, jako jsou dusičnany, chloridy, octany a sírany, jsou toxické látky, které se hromadí ve vodě a potravinách a způsobují otravu, patologické stavy ledvin, poškození centrálního nervového a genitourinárního systému, pokud se zvýší maximální přípustná norma.

Aplikace

Hliník zůstává důležitým prvkem ruské ekonomiky a průmyslu. Vzhledem k vlastnostem slitin na bázi Al. používané v následujících výrobních oblastech.

Při konstrukci letadel jsou požadovány pevné slitiny Al s velkým množstvím zinku a mědi, odolné vůči teplotním změnám a deformacím. U hydroplánů se do kovové kompozice přidává hořčík. Raketoplány a družice jsou vyrobeny z hliníkové slitiny 2219, která odolá kryogenním podmínkám, kontaktu s kapalným heliem, kyslíkem a podmínkám ve vesmíru.

Místo oceli se hliníkové slitiny používají nejen pro výrobu trupů námořních a říčních plavidel, ale také pro sonarové vybavení, komunikační systémy a nadpalubní konstrukce, protože lehkost hliníku snižuje hmotnost lodí. V železničních kolejových vozidlech jsou hliníkové cisterny pro přepravu technických a jedlých olejů, ropných produktů, pohonných hmot a ropy. Takové nádrže neoxidují a nekorodují v agresivním prostředí. Díly karoserie, náhradní díly a elektronické prvky automobilů jsou vyrobeny z hliníkových slitin.

V metalurgii se redukční schopnosti hliníku využívá k výrobě chrómu a vápníku, k odstraňování kyslíku z oceli a dalších slitin železa, což snižuje pevnost hliníku. Válcovaný hliník se vyrábí ve formě plechů, kruhů, šestiúhelníků, kanálů, úhelníků, trubek a dalších tvarů.

Slitiny hliníku se používají k výrobě čerpadel, kompresorů, vrtných souprav, ale i nádrží a kontejnerů pro skladování chemikálií, ropných produktů a technických kapalin.

Při výrobě vodičů, kabelů, drátů a dalších elektrických výrobků se Al používá díky své vysoké elektrické vodivosti, která není horší než měď, a ceny jsou levnější.

Slitiny hliníku se používají k výrobě nádobí, příborů, poklic a nádob na konzervy, potravinářských fólií, obalových materiálů a domácích elektrospotřebičů.

Sloučeniny AI se přidávají do léků pro léčbu gastrointestinálního traktu a do vakcín pro zvýšení jejich účinku.

Hliníkový válcovaný kov je široce používán pro výstavbu obytných komplexů, kancelářských center, nákupních center, výstavních pavilonů, administrativních a veřejných budov, sportovních zařízení, vodních parků, bazénů a tak dále.

Lehký válcovaný hliník se používá ke konstrukci rámu výškových budov a nárazuvzdorné sklo se používá k opláštění, aby byla konstrukce pevná a stabilní.

Výhody použití Al ve stavebnictví:

• nízká hmotnost konstrukcí má malý vliv na základ, který nevyžaduje dodatečné vyztužení. To umožňuje snížit náklady na výstavbu vícepodlažních budov;
• snadné zpracování – lze svařovat, vrtat, řezat a tak dále;
• vytlačování hliníku – k výrobě dílů jakéhokoli tvaru;
• dlouhodobý provoz, odolnost proti vlhkosti, ultrafialovému záření, chemikáliím, korozi;
• požární odolnost hliníku – konstrukce se při vysokých teplotách nezhroutí;
• Možnost použití při nízkých teplotách.

Slitiny hliníku se používají k výrobě: padacích mostů a lávek pro pěší, schodišť, stropů, odtokových trubek, střešních materiálů, stěnových panelů pro vnitřní a vnější dekorace a dekorativních obkladů.

Vlastnosti hliníku

Spirit-Ber LLC
DIČ 7735186587, OGRN 1207700015753
Všechna práva vyhrazena. 2016–2025
Vývoj od Webster Studio

• Řezání kovů laserem
• Ohýbání plechu
• Práškové lakování
• Zámečnické práce
• Výroba kovových konstrukcí
• Svařovací práce

• Mapa stránek
• Zásady zpracování osobních údajů
• Elektronická správa dokumentů

• +7 499 994 00 97
• [email protected]
• Moskevská oblast, Solnechnogorsk,
  vesnice Peshki, dílna č. 22
• Po-Pá od 09:00 do 18:00

Vaše žádost byla úspěšně zpracována. Děkujeme, že jste kontaktovali Spirit Bear.

Při zpracování požadavku se něco pokazilo! Zkuste to prosím znovu.

Přihláška

Zanechte žádost a naši manažeři vás budou brzy kontaktovat!

Tento materiál obsahuje základní informace o fyzikálních a chemických vlastnostech hliníku a jeho sloučenin.

Stáhnutí:

Příloha	velikost
theory_alyuminiy.docx	34.03 KB

Náhled:

HLINÍK A JEHO SLOUČENINY

1. OBECNÁ CHARAKTERISTIKA HLAVNÍ PODSKUPINY SKUPINY III

Prvky B, Al, Ga, In, Tl jsou v hlavní podskupině III. skupiny. Bór je nekov, zbytek jsou kovy. Elektronová struktura v základním stavu je ns 2 np 1 , v excitovaném stavu ns 1 np 2 . Ve sloučeninách mají oxidační stav 0, +3, tvoří vyšší oxidy B2O3 (kyselé), Al2O3, Ga2O3, In2O3 (amfoterní), Tl2O – zásadité. Vyšší hydroxidy H 3 BO 3 – kyselina boritá, Al(OH) 3, Ga(OH) 3, In(OH) 3 – amfoterní báze, TlOH je silná báze. Netvoří těkavé sloučeniny vodíku, kromě boru (BH 3 je nejjednodušší sloučenina vodíku, za normálních podmínek neexistuje, B 2 H 6 je diboran, svými vlastnostmi podobný silanu).

V podskupině shora dolů:

1. Poloměr atomu se zvětšuje;
2. Elektronegativita klesá;
3. Redukční vlastnosti jednoduchých látek se zvyšují od boru k thalliu;
4. Kovové vlastnosti jsou posíleny, nekovové vlastnosti jsou oslabeny;
5. Krystalová mřížka je kovová, bor má atomovou strukturu.

1. BÝT V PŘÍRODĚ

Hliník je nejběžnějším prvkem v přírodě, který se v přírodě vyskytuje jako součást komplexních látek, které tvoří různé minerály: Al 2 O 3 ∙ 11H 2 O (bauxit), Al 2 O 3 (korund), Na[AlF 6 ] (kryolit), Al 2 O 3 ∙ 2SiO 2 ∙ 2H jíl ).

1. FYZIKÁLNÍ VLASTNOSTI

Chemicky aktivní kov, stříbřitě bílé barvy, lehký, snadno tavitelný, na vzduchu se pokryje nepříliš pevným oxidovým filmem, který chrání proti korozi, velmi plastický (hliník lze svinout do fólie – fólie). Teplota tání 660 °C.

1. CHEMICKÉ VLASTNOSTI

Za normálních podmínek je povrch hliníku pokryt oxidovým filmem Al2O3, takže jeho chemická aktivita je nízká. Při poškození fólie (smirkovým papírem, ponořením do alkalického roztoku, amalgamací, tedy ošetřením povrchu rtutí) vykazuje hliník vlastnosti aktivního kovu.

2Al + 3Cl 2 = 2AlCl 3 (s bromem i bez zahřívání)

2Al + 3I 2 2AlI 3

2Al + 3S Al 2 S 3

2Al + N 2 2AlN v roztoku neexistují

1. S vodou (pouze bez oxidového filmu)

2Al + 6H2 = 2Al(OH)3+H2

1. S kyselými roztoky

2Al + 3H2S4 = AI2(SO4)3 + 3H2

1. S oxidačními kyselinami

Studená koncentrovaná kyselina dusičná a sírová pasivuje hliník a nereaguje s ním. Při zahřátí je možná reakce.

8Al + 15H2S4 (k) 4Al2 (S4)3 + 3H2S + 12H2

Al + 6HN3 (k) Al(NO 3) 3 + 3NO 2 + 2H2

8Al + 30HNO 3 (velmi zředěný) = 8Al(NO 3 ) 3 + 3NH 4 NO 3 + 9H 2 O

8Al + 4HNO 3 (zředěný) = Al(NO 3) 3 +NO (N 2 O) + 2H 2 O

2Al + 2NaOH +6H2 = 2Na[Al(OH)4] + 3H2

2Al + 6NaOH 2NaAl2 + 2Na2 + 3H2

2Al + 6NaOH (konc. roztok) +6H2 = 2Na3[Al(OH)6] + 3H2

a) s dusičnanem draselným v silně alkalickém prostředí

8Al + 3KNO3 + 5KOH + 18H2 = 8K[Al(OH)4] +3NH3

b) s uhličitanem sodným a fosforečnanem

2Al + 2Na2CO3 +8H2O = 2Na[Al(OH)4] + 2NaHC3 + 3H2

2Al + 2Na3PO4 +8H2 = 2Na[Al(OH)4] + 2Na2HP4 + 3H2

c) síranem měďnatým II

2Al + 3CuSO4 = Al2(SO4)3 + 3Cu

1. Interakce s oxidy kovů (aluminotermie)

2Al + Cr2O3Al2O3 + 2Cr

10Al + 3V 2 O 5 5Al 2 O 3 + 6V

8Al + 3Fe 3 O 4 4Al 2 O 3 + 9Fe

Hliník se získává elektrolýzou roztoku oxidu hlinitého Al 2 O 3 v roztaveném kryolitu Na[AlF 6 ] při teplotě 960-970 0 C.

1. 2AlСl 3 2Al +3Cl 2

1. APLIKACE HLINÍKU

Hliník se používá k výrobě různých slitin používaných v letectví, strojírenství, potravinářství a elektrotechnickém průmyslu; pro získávání kovů aluminotermií (Cr, Mn, V, Ti atd.)

1. SLOUČENINY HLINÍKU

Oxid hlinitý je bílý prášek nebo pevné bílé krystaly, žáruvzdorná látka, má atomovou krystalovou mřížku, vykazuje amfoterní vlastnosti a je málo aktivní. Reaguje se silnými kyselinami, s alkáliemi – při tavení nebo s roztoky, s některými solemi, zásaditými a kyselými oxidy při tavení.

Al2O3 + HCl2AlCl3 + 3H2O

Al2O3 + 2NaOH = 2NaAlO2 + H2O

Al2 + 3NaOH + 2H3Na[Al(OH)2]

Al 2 O 3 + Na 2 CO 3 (s) 2NaAlO 2 + CO 2

Al2O3 + Na2SO3 2NaAlO2 + SO2

Al2 + 3KHS6 = Al4(SO2)4 + 3K3S2 + 4H3

Získání oxidu hlinitého

4Al + 3O 2 2 Al 2 O 3

4Al(NO3)3Al2O2 + 3NO12 + 2O3

Oxid hlinitý (Al 2 O 3 ), jako minerál, se nazývá korund. Jako drahokamy se používají velké průhledné krystaly korundu. Kvůli nečistotám může být korund zbarven v různých barvách: červený korund (obsahující nečistoty chrómu) se nazývá rubín, modrý, tradičně – safír. Korund se také používá jako žáruvzdorný materiál. Oxid hlinitý se používá jako katalyzátory, adsorbenty, inertní plniva ve fyzikálním výzkumu a chemickém průmyslu. Keramika na bázi oxidu hlinitého má vysokou tvrdost, požární odolnost, používá se v hořácích plynových výbojek, substrátech integrovaných obvodů, v uzavíracích prvcích keramických vodovodních kohoutků, v zubních náhradách atd.

Hydroxid hlinitý Al(OH)3 je amfoterní hydroxid, ve vodě nerozpustná, bílá želatinová látka, polymerní sloučenina. Slabý elektrolyt, který se zahříváním rozkládá, interaguje s roztoky kyselin a zásad. V roztocích s alkáliemi může tvořit 2 kyselé formy: H 3 AlO 3 – kyselina ortohlinitá, HAlO 2 – kyselina metahlinitá.

Al(OH)3 + 3HBr = AlBr3 + 3H2

Al(OH)3 + KOH = K[Al(OH)4]

Al(OH) 3 + 3KOH (horký, konc. sol.) = K3 [Al(OH) 6]

Al(OH)3 + KOH(s)KAI2 + 2H2

2Al(OH)3 + Na2CO3 2NaAlO2 + CO2 +3H2O

Získání hydroxidu hlinitého

Hydroxid hlinitý nelze získat přímo, pouze reakcí hlinité soli s alkálií: AlCl 3 + 3KOH = Al(OH) 3 + 3KCl

Hydroxid hlinitý se používá při čištění vody, protože má schopnost absorbovat různé látky, v lékařství, jako antacida (antacida jsou léky snižující kyselost žaludeční šťávy neutralizací kyseliny chlorovodíkové) a jako adjuvans při výrobě vakcín. Používá se jako zpomalovač hoření (tlumič hoření) v plastech a jiných materiálech.

Hydridy – hliník nereaguje s vodíkem, ale existuje AlH 3, vzniklý z hydrátů hliníku alkalických kovů:

AlCl3 + 4LiH = LiAlH4 + 3LiCl (tetrahydroaluminát lithný nebo lithiumaluminiumhydrid)

AlBr3 + 3LiAlH4 = 4AlH3 + 3LiBr

Soli hliníku jsou bezbarvé krystalické látky, z nichž dusičnany, halogenidy, síran a octan hlinitý jsou rozpustné ve vodě.

Hlinitany se rozkládají kyselinami:

NaAl2 + 4HCl (přebytek) = NaCl + AlCl3 + 2H2

K[Al(OH) 4] + HCl (neadekvátní) = KCl + Al(OH) 3 + H2

K[Al(OH)4] + 4HCl (přebytek) = KCl + AlСl3 + 4H2O

Soli hliníku podléhají hydrolýze:

AlCl3 +HOH ↔ AlOHCl2 + HCl

Pokud je sůl tvořena kationty hliníku a anionty slabých kyselin, pak takové soli podléhají úplné a nevratné hydrolýze:

A2S3 + 6H2 = 2Al(OH)3 + 3H2S

Al4C3 + 12H2 = 4Al(OH)3 + 3CH4

2AlCl3 + 3Na2CO3 +3H2O = 2Al(OH)3 + 3CO2 +6NaCl

3Na[Al(OH) 4 ] + AlCl 3 (konc. roztok) = 4Al(OH) 3 + 3NaCl

Soli hliníku reagují s kyselými solemi:

Al2(SO4)3 + 3Ca(HCO3)2 = 3CaSO4 + 2Al(OH)3 + 6CO2

Hliník je součástí podvojných solí, např. KAl(SO 4 ) 2 ∙ 12H 2 O – draselnohlinitý alum, NH 4 Al(SO 4 ) 2 ∙ 12H 2 O – amoniumhlinitý alum.