Ալյումին

Վիքիպեդիայից՝ ազատ հանրագիտարանից
13 ՄագնեզիումԱլյումինՍիլիցիում
Ջրածին Հելիում Լիթիում Բերիլիում Բորр Ածխածին Ազոտ Թթվածին Ֆտոր Նեոն Նատրիում Մագնեզիում Ալյումին Սիլիցիում Ֆոսֆոր Ծծումբ Քլոր Արգոն Կալիում Կալցիում Սկանդիում Տիտան Վանադիում Քրոմ Մանգան Երկաթ Կոբալտ Նիկել Պղինձ Ցինկ Գալիում Գերմանիում Արսեն Սելեն Բրոմ Կրիպտոն Ռուբիդիում Ստրոնցիում Իտրիում Ցիրկոնիում Նիոբիում Մոլիբդեն Տեխնեցիում Ռութենիում Ռոդիում Պալադիում Արծաթ Կադմիում Ինդիում Անագ Ծարիր Թելուր Յոդ Քսենոն Ցեզիում Բարիում Լանթան Ցերիում Պրազեոդիում Նեոդիում Պրոմեթիում Սամարիում Եվրոպիում Գադոլինիում Տերբիում Դիսպրոզիում Հոլմիում Էրբիում Թուլիում Իտերբիում Լյուտեցիում Հաֆնիում Տանտալ Վոլֆրամ Ռենիում Օսմիում Իրիդիում Պլատին Ոսի Սնդիկ Թալիում Կապար Բիսմունտ Պոլոնիում Աստատ Ռադոն Ֆրանցիում Ռադիում Ակտինիում Թորիում Պրոտակտիում Ուրան Նեպտունիում Պլուտոնիում Ամերիցիում Կյուրիում Բերկլիում Կալիֆորնիում Էյնշտեյնիում Ֆերմիում Մենդելեևիում Նոբելիում Լոուրենցիում Ռեզերֆորդիում Դուբնիում Սիբորգիում Բորիում Հասիում Մեյտներիում Դարմշտադտիում Ռենտգենիում Կոպերնիցիում Ունունտրիում Ֆլերովիում Ունունպենտիում Լիվերմորիում Ունունսեպտիում ՈւնունօկտիումՔիմիական տարրերի պարբերական համակարգ
13Al
Cubic-face-centered.svg
Electron shell 013 Aluminium.svg
Պարզ նյութի արտաքին տեսք
Ալյումին
Ալյումին պարզ նյութը փափուկ, թեթև արծաթասպիտակավուն երանգով մետաղ է։
Aluminum Spectra.jpg
Ատոմի հատկություններ
Անվանում, սիմվոլ, կարգաթիվ Ալյումին / Aluminium (Al), 13
Խումբ, պարբերություն, բլոկ 13, 3,
Ատոմային զանգված
(մոլային զանգված)
26,9815386(8)[1] զ. ա. մ. (գ/մոլ)
Էլեկտրոնային կոնֆիգուրացիա [Ne] 3s2 3p1
Էլեկտրոնները ըստ թաղանթների 2, 8, 3
Ատոմի շառավիղ 143 պմ
Քիմիական հատկություններ
Կովալենտային շառավիղ 121±4 պմ
Վան-դեր-Վալսի շառավիղ 184
Իոնի շառավիղ 51 (+3e) պմ
Էլեկտրաբացասականություն 1,61 (Պոլինգի սանդղակ)
Էլեկտրոդային պոտենցիալ -1,66 В
Օքսիդացման աստիճաններ 3
Իոնիզացման էներգիա

1‑ին: 577.5 (5.984) կՋ/մոլ (էՎ)


2‑րդ: 1816.7 (18.828) կՋ/մոլ (էՎ)
Պարզ նյութի թերմոդինամիկական հատկություններ
Թերմոդինամիկական ֆազ Պինդ նյութ
Խտություն (ս. պ.-ում) 2,6989 գ/սմ³
Հալման ջերմաստիճան 660 °C, 933,5
Եռման ջերմաստիճան 2518,82 °C, 2792
Հալման տեսակարար ջերմունակություն 10,75 կՋ/մոլ
Մոլյար ջերմունակություն 24,35[2] Ջ/(Կ·մոլ)
Մոլային ծավալ 10,0 սմ³/մոլ
Պարզ նյութի բյուրեղացանց
Բյուրեղացանցի կառուցվածք խորանարդ
Բյուրեղացանցի տվյալներ 4,050
Դեբայի ջերմաստիճան 394 Կ
Այլ հատկություններ
Ջերմահաղորդականություն (300 Կ) 237 Վտ/(մ·Կ)
Ձայնի արագություն 5200
13
Ալյումին
Al
26,982
3s23p1


Ալյումին (լատ.՝ Aluminium), քիմիական նշանը՝ Al (կարդացվում է՝ «ալյումին»), ատոմային համարը՝ 13, ատոմային զանգվածը՝ 26.98154։ Ալյումինը p–տարր է։

Բնական ալյումինը բաղկացած է 27Al մեկ նուկլիդից։ Վալենտային էլեկտրոնները երեքն են։ Արտաքին էլեկտրական շերտի դասավորվածությունն է 3s2p1։ Գործնականում բոլոր միացություններում օքսիդացման աստիճանը +3 է (եռավալենտ) և 3 վալենտականություն։ Ալյումինի նեյտրալ ատոմի շառավիղը 0.143 նմ է, իսկ Al3+ իոնինը՝ 0.057 նմ։

Ալյումին պարզ նյութը փափուկ, թեթև արծաթասպիտակավուն երանգով մետաղ է, օժտված է մեծ էլեկտրա– և ջերմահաղորդականությամբ։ Ալյումինի խտությունը 2,7 գ/սմ3 է։ Մոտ 3 անգամ թեթև է երկաթից և պղնձից, սակայն բավական ամուր է։ Ալյումինը հալվում է 600 °C ջերմաստիճանում։

Տարածվածությամբ ալյումինը մետաղների մեջ գրավում է առաջին տեղը և կազմում է երկրակեղևի զանգվածի 7 %–ը։

Պատմություն[խմբագրել]

Առաջին անգամ ալյումինը ստացել է դանիացի ֆիզիկոս Հանս Էրսթեդի կողմից 1825 թվականին։

լատ.՝ aluminium-ը գալիս է նույն լատիներեն լատ.՝ alumen բառից, որը նշանակում է պաղլեղ (շիբ – ալյումինի և կալիումի սուլֆատ՝ KAl(SO4)2.12H2O), որը վաղուց օգտագործվել է կաշվի մշակման ժամանակ և ինչպես կպցնող միջոց։

Քիմիական բարձր ակտիվության պատճառով մաքուր ալյումինի հայտնագործումն ու ստացումը ձգվել է համարյա 100 տարի։ Եզրակացությունն այն մասին, որ պաղլեղից կարելի է ստանալ «հող» (դժվարահալ նյութ, ժամանակակից՝ ալյումինի օքսիդ) եկել է դեռ 1754 թվականից՝ գերմանացի քիմիկոս Ա. Մարգգրաֆից։ Ավելի ուշ պարզվեց, որ հենց այդպիսի «հող» կարելի է ստանալ կավից, և այն սկսեցին անվանել կավահող։

Մետաղական ալյումին կարողացավ ստանալ դանիացի ֆիզիկոս Հ. Ք. Էսթրեդը։ Նա ալյումինի քլորիդի (AlCl3, որը կարելի էր ստանալ կավահողից) վրա ազդեց կալիումի ամալգամայով (սնդկահալվածքով՝ հալելով կալիումը սնդիկի հետ)։ Միայն քառորդ դար հետո այս մեթոդը հնարավոր եղավ մի քիչ կատարելագործել։ Ֆրանսիացի քիմիկոս Ա. Է. Սենտ-Կլեր Դեվիլը 1854 թվականին առաջարկեց ալյումին ստանալու համար օգտագործել մետաղական նատրիում և ստացավ նոր մետաղի առաջին ձուլակտորները։ Այդ ժամանակ ալյումինի գինը շատ բարձր էր, և դրանից պատրաստում էին թանկարժեք զարդեր։

Դժվար խառնուրդների հալույթի (որոնք ներառում են ալյումինի օքսիդ, ֆտորիդ և այլ նյութեր) էլեկտրոլիզի միջոցով ալյումինի արտադրության գործարանային տարբերակն իրարից անկախ մշակել են Պ. Էրուն (Ֆրանսիա) և Չ. Հոլլը (ԱՄՆ) 1888 թվականին։

Ալյումինի արտադրությունը կապված էր էլեկտրաէներգիայի մեծ ծախսերի հետ, այդ պատճառով մեծ մասշտաբներով այն սկսեցին ստանալ միայն 20-րդ դարում։

Ստացում[խմբագրել]

Ալյումինը ստանում են Al2O3 օքսիդի հալույթի էլեկտրոլիզով, իսկ օքսիդն առանձնացնում են բոքսիտ հանքաքարից.

\mathsf{ 2Al_2O_3 \rightarrow  4Al + 3O_2}

Օքսիդի հալման ջերմաստիճանը 2000-ից բարձր է, և հնարավոր չէ ունենալ էլեկտրոլիզի սարքեր, որոնք դիմանան այդպիսի բարձր ջերմաստիճանների։ Այդ պատճառով օքսիդին խառնում են կրիոլիտ՝ Al3[AlF6], և դրա առկայությամբ իրականացնում հալույթի էլեկտրոլիզը բավականին ցածր՝ մոտ 900 °C ջերմաստիճանում։

Որպես կաթոդ ծառայում են էլեկտրոլիզային գուռի հատակին տեղադրված գրաֆիտե սալիկները, իսկ որպես անոդ՝ գրաֆիտե ձողերի շարանը։ Գոյացող ալյումինը հալված վիճակում հավաքվում է գուռի հատակին և շարունակում կատարել կաթոդի դերը։ Անոդի վրա թթվածինն առաջանում է ատոմների ձևով, որոնք անմիջապես միանում են ածխի հետ՝ վերջինս այրելով մինչև CO և CO2։ Էլեկտրոլիզի ամբողջ ընթացքում անոդի գրաֆիտե զանգվածն անընդհատ ավելացնում են։

Ֆիզիկական հատկություններ[խմբագրել]

Ալյումին փրփուր
  • Ալյումինը արծաթափայլ սպիտակ մետաղ է
  • Խտությունը՝ 2,7 գ/սմ3
  • Տեխնիկական ալյումինի հալման ջերմաստիճանը՝ 658 °C, իսկ մաքուր ալյումինինը՝ 660 °C
  • Եռման ջերմաստիճան՝ 2500 °C
  • Կարծրությունը ըստ Բրինելլի՝ 24…32 կգ սմ/մմ²
  • Բարձր պլաստիկությունն՝ 50 %
  • Յունգի մոդուլը՝ 70 գՊա
  • Ալյումինն օժտված է մեծ էլեկտրահաղորդականությամբ (37·106 սմ/մ) և ջերմահաղորդականությամբ (203,5 Վտ/(մ·Կ)
  • Ջերմաստիճանը գործակիցը՝ 24,58·10−6 К−1 (20…200 °C)
  • Տեսակարար դիմադրությունը՝ 0,0262..0,0295 օհմ·մմ²/մ
  • Էլեկտրական դիմադրության ջերմաստիճանը գործակիցը՝ 4,3·10−3K−1։

Ալյումինը գրեթե բոլոր մետաղների հետ առաջացնում է համաձուլվածքներ։ Առավել հայտնի համաձուլվածքներն են պղնձի (դյուրալյումին) և սիլիցիումի համաձուլվածքները։

Քիմիական հատկություններ[խմբագրել]

Մետաղների էլեկտրաքիմիական շարքում ալյումինը գտնվում է բավական ձախ, իսկ դա նշանակում է, որ ուժեղ վերականգնիչ և շատ ակտիվ մետաղ է։ Թթվածնի մթնոլորտում տաքացված ալյումինն այրվում է՝ արձակելով օքսիդի շիկացած շիթեր.

\mathsf{4Al + 3O_2 \rightarrow 2Al_2O_3}
Ալյումինի հիդրօքսիդ

Օդում ալյումինը շատ կայուն է և փոփոխության չի ենթարկվում։ Ալյումինը պատվում է օքսիդի աննշմարելի շերտով, որը պահպանում է մետաղը հետագա օքսիդացումից։ Օքսիդային ամուր թաղանթը թույլ չի տալիս, որ ալյումինը ռեակցիայի մեջ մտնի նաև ջրի հետ։ Թթվածնի և ջրի նկատմամբ իր մեծ կայունության շնորհիվ ալյումինը ունի լայն կիրառություն։ Օքսիդի շերտը ալյումինին կայուն է դարձնում նաև ազոտական թթվի ինչպես նոսր, այնպես էլ խիտ լուծույթների նկատմամբ։ Ծծմբական թթվի լուծույթի և աղաթթվի հետ ալյումինը փոխազդում է ոչ մեծ արագությամբ.

\mathsf{2Al + 3H_2SO_4 \rightarrow Al_2(SO_4)_3 + 3H_2}
\mathsf{2Al + 6HCl \rightarrow 2AlCl_3 + 3H_2}

Սակայն ալյումինը շատ զգայուն է ալկալիների նկատմամբ։ Արդեն սենյակային ջերմաստիճանում լուծվում է ալկալու ջրային լուծույթում՝ անջատելով ջրածին.

\mathsf{2Al + 2NaOH + 2H_2O \rightarrow 2NaAlO_2 + 3H_2}

Գոյացող աղը ջրային միջավայրում հանդես է գալիս հիդրատացված ձևով։

Հալոգենների հետ (բացի ֆտորից[3]) առաջացնելով քլորիդ, բրոմիդ, յոդիդ.

Ալյումինի Նմուշը
\mathsf{2Al + 3Hal_2 \rightarrow 2AlHal_3 (Hal = Cl, Br, I)}

Ալյումինը շատ ակտիվ մետաղ է։ Փոխազդում է ջրի հետ՝

\mathsf{2Al + 6H_2O \rightarrow Al(OH)_3 + 3H_2}
Բարձր մաքրության ալյումին (99.99%)

Տաքացման պայմաններում փոխազդում է ոչ մետաղների հետ.

  • Ֆտորի հետ, առաջացնելով ալյումինի ֆտորիդ.
\mathsf{2Al + 3F_2 \rightarrow 2AlF_3}
  • ծծմբի հետ, առաջացնելով ալյումինի սուլֆիդ.
\mathsf{2Al + 3S \rightarrow Al_2S_3}
  • Ազոտի հետ, առաջացնելով Ալյումինի նիտրիդ.
\mathsf{2Al + N_2 \rightarrow 2AlN}
  • ածխածնի հետ, առաջացնելով ալյումինի կարբիդ.
\mathsf{4Al + 3C \rightarrow Al_4C_3}

Հեշտությամբ լուծվում է աղաթթվում և նոսր ծծմբական թթվում, իսկ տաքացման պայմաններում՝ նաև խիտ ազոտական և ծծմբական թթուներում։

\mathsf{8Al + 15H_2SO_4 \rightarrow 4Al_2(SO_4)_3 + 3H_2S + 12H_2O}
\mathsf{Al + 6HNO_3 \rightarrow Al(NO_3)_3 + 3NO_2 + 3H_2O}

Կիրառվում է թեթև և ամուր համաձուլվածքների ստացման, ալյումինաթերմիայի, ինչպես նաև կենցաղային իրերի պատրաստման համար։

Բնության մեջ[խմբագրել]

Ալյումինի կտոր

Բնության մեջ տարածվածությունով ալյումինը գրավում է առաջին տեղը մետաղների մեջ և երրորդ տեղը բոլոր տարրերի մեջ (թթվածնից և սիլիցիումից հետո), այն զբաղեցնում է երկրակեղևի զանգվածի 8.8%-ը։ Ալյումինը մտնում է ահռելի քանակությամբ հանքանյութերի բաղադրության մեջ, գլխավորությամբ ալյումոսիլիկատների և լեռնային ապարների։ Ալյումինի միացություններ պարունակում են գրանիտները, բազալտները, կավը, դաշտային սպաթը և այլն։ Բայց ահա պարադոքս. չնայած նրան, որ ալյումինը պարունակվում է շատ մեծ քանակությամբ հանքանյութերում և ապարներում, բոքսիտներով հարուստ տեղանքները, որոնք հանդիսանում են ալյումինի գործարանային ստացման հիմնական հումք, բավականին հազվադեպ են հանդիպում։ Միկրոէլեմենտների տեսքով ալյումինը առկա է կենդանիների և բույսերի հյուսվածքներում։

Արտադրության և շուկա[խմբագրել]

2007 թվականին աշխարհում արտադրվել է 38 միլիոն տոննա, իսկ 2008 թվականին 39,7 միլիոն տոննա ալյումին։ Ալյումին արտադրող առաջատար երկրներն են՝

Ալյումինի արտադրությունը
  1. Չինաստանի Ժողովրդական Հանրապետություն (2007 թվականին արտադրվել է 12,60 միլիոն տ, իսկ 2008՝ 13,50 միլիոն տ)
  2. Ռուսաստան (3,96/4,20)
  3. Կանադա (3,09/3,10)
  4. Ամերիկայի Միացյալ Նահանգներ (2,55/2,64)
  5. Ավստրալիա (1,96/1,96)
  6. Բրազիլիա (1,66/1,66)
  7. Հնդկաստան (1,22/1,30)
  8. Նորվեգիա (1,30/1,10)
  9. ԱՄԷ (0,89/0,92)
  10. Բահրեյն (0,87/0,87)
  11. Հարավային Աֆրիկա (0,90/0,85)
  12. Իսլանդիա (0,40/0,79)
  13. Գերմանիա (0,55/0,59)
  14. Վենեսուելա (0,61/0,55)
  15. Մոզամբիկ (0,56/0,55)
  16. Տաջիկստան (0,42/0,42)[4]

Կիրառություն[խմբագրել]

Ալյումինե գլանվածք

Ալյումինը հեշտությամբ է ենթարկվում մեխանիկական մշակման, որովհետև ունի մեծ կռելիություն և ձգվողականություն։ Կարելի է գլանել, լար ձգել, ինչպես նաև մամլել ու դրոշմել՝ իրին տալով ցանկացած ձև։

Թունավոր հատկության բացակայությունը թույլ է տալիս ալյումինը լայնորեն օգտագործելու խոհանոցային սպասքի, սննդի և գարեջրի արտադրական սարքավորումների պատրաստման, ինչպես նաև՝ սննդանյութերի և դեղանյութերի փաթեթավորման համար։ Առանց ալյումինի դժվար կլիներ պատկերացնել ինքնաթիռաշինությունը։ Ալյումինի աղերից մեծ կիրառություն ունի ալյումինական շիբը՝ KAl(SO4)2•12H2O, որը կրկնակի աղ է (նաև բյուրեղահիդրիտ է) և օգտագործվում է արյան մակարդման համար, ինչպես նաև մուրաբաների պատրաստման և մանրաթելերի ներկման ժամանակ (մեծացնում է ներկանյութի կապը մանրաթելի հետ)։

Ալյումինը համաշխարհային մշակույթում[խմբագրել]

1959 թվականին հայտնի բանաստեղծ Անդրեյ Վոզնեսենսկին գրել էր «Աշուն»[5] բանաստեղծությունր, որտեղ ալյումինը օգտագործել էր որպես գեղարվեստական պատկեր.

…Եվ հատուհանից դուրս, սառնամանիքին,
փռված են դաշտերը ալյումինե…

Վիկտոր Ցոյը երգ է գրել «Ալյումինե վարունգ» կրկներգով.

Ես տնկում եմ ալյումինե վարունգներ
Բրեզենտի դաշտում

Ծանոթագրություններ[խմբագրել]

  1. Michael E. Wieser, Norman Holden, Tyler B. Coplen, John K. Böhlke, Michael Berglund, Willi A. Brand, Paul De Bièvre, Manfred Gröning, Robert D. Loss, Juris Meija, Takafumi Hirata, Thomas Prohaska, Ronny Schoenberg, Glenda O’Connor, Thomas Walczyk, Shige Yoneda, Xiang‑Kun Zhu. Atomic weights of the elements 2011 (IUPAC Technical Report) (en) // Pure and Applied Chemistry. — 2013. — Т. 85. — № 5. — С. 1047-1078. — doi:10.1351/PAC-REP-13-03-02
  2. Химическая энциклопедия. В 5-ти т / Редкол.: Кнунянц И. Л. (гл. ред.). — М.: Советская энциклопедия, 1988. — Т. 1. — С. 116. — 623 с. — 100 000 экз.
  3. Лидин Р. А., Молочко В. А., Андреева Л. Л. Реакции неорганических веществ: справочник / Под ред. Р. А. Лидина. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Дрофа, 2007. — С. 16. — 637 с. — ISBN 978-5-358-01303-2
  4. MINERAL COMMODITY SUMMARIES 2009
  5. А. Вознесенский. Осень

Գրականություն[խմբագրել]

  • Luitgard Marschall։ Aluminium. Metall der Moderne. Oekom, München 2008, ISBN 978-3-86581-090-8.
  • P. F. Zatta, A. C. Alfrey։ Aluminium Toxicity in Infant’s Health and Disease. World Scientific Publishing, Singapur 1977, ISBN 981-02-2914-3 (englisch).

Արտաքին հղումներ[խմբագրել]