Aliuminis (Al) - III grupės cheminis elementas, lengvas sidabriškai baltas metalas, pasižymintis minkštumu, plastiškumu, kalumu ir tąsumu. Dėl šių savybių aliuminis plačiai naudojamas įvairiose pramonės šakose. Šiame straipsnyje aptarsime aliuminio savybes, jo junginius, gavimo būdus ir panaudojimą, ypatingą dėmesį skiriant aliuminio chlorido virimo temperatūrai ir kitoms svarbioms charakteristikoms.
Aliuminio bendrosios savybės
Aliuminis yra trivalentiškas elementas, kuris lengvai jungiasi su deguonimi, sudarydamas ploną, bet tvirtą aliuminio oksido (Al2O3) plėvelę. Ši plėvelė apsaugo metalą nuo korozijos ir kitų atmosferos poveikių. Aliuminio milteliai, degdami deguonyje, išskiria didelį kiekį šilumos, todėl naudojami metalams reduktuoti iš jų oksidų.
Fizinės savybės
Išvaizda: Sidabriškai baltas metalas. Minkštumas: Lengvai apdirbamas, plastiškas ir kalus. Atspindžio koeficientas: aukštas, apie 0,9. Tankis: (esant 20 °C) 2698,9 kg/m3. Lydymosi temperatūra: 660,24 °C. Virimo temperatūra: Apie 2500 °C (itin gryno aliuminio). Terminio plėtimosi koeficientas: (nuo 20 °C iki 100 °C) 23,86•10-6. Šilumos laidumas: (esant 190 °C) 343 W/m·K. Lyginamoji šiluminė talpa: (esant 100 °C) 931,98 J/kg·K. Elektros laidumas: (lyginant su variu, esant 20 °C) 65,5 %.
Cheminės savybės
Aliuminis yra amfoterinis elementas, reaguojantis tiek su rūgštimis, tiek su šarmais. Jis sudaro druskas, iš kurių svarbiausios yra chloridas (AlCl3), fluoridas (AlF3), sulfatas (Al2(SO4)3) ir nitratas (Al(NO3)3). Kaitinamas aliuminis tiesiogiai jungiasi su halogenais, aukštoje temperatūroje - su azotu, siera ir anglimi. Reakcija su rūgštimis: aliuminis reaguoja su rūgštimis, išskirdamas vandenilį, išskyrus koncentruotą azoto rūgštį, kuri jį pasyvina. Reakcija su šarmais: sudaro kompleksinius aliuminatus. Atsparumas korozijai: dėl paviršiuje susidarančios aliuminio oksido plėvelės aliuminis yra atsparus korozijai.
Aliuminio junginiai
Aliuminio chloridas (AlCl3): higroskopinis, lengvai sugeria drėgmę iš oro; reaguoja su vandeniu, išskirdamas šilumą ir vandenilio chloridą. Sandara: dimero (Al2Cl6) molekulės dujinėje fazėje ir kietoje būsenoje; kiekvienas Al atomas susijęs su šešiais chloro atomais, sudarydamas tetraedrinę geometriją. Virimo temperatūra: priklauso nuo formos (dimero ar monomero) ir aplinkos; sublimuojasi esant apie 180 °C.
Aliuminio fluoridas (AlF3): naudojamas kaip elektrolitas, fliusų, emalių, glazūrų sudedamoji dalis ir katalizatorius; joninis junginys, lydymosi temperatūra 1040 °C.
Aliuminio sulfatas (Al2(SO4)3): naudojamas kaip konservantas, kandikas ir žaliava kitų aliuminio druskų gamybai.
Aliuminio nitratas (Al(NO3)3): naudojamas odų pramonėje, naftai valyti ir kaip kandiklis.
Aliuminio oksidas (Al2O3): korundas; labai kieta medžiaga, lydymosi temperatūra 2020 °C; naudojamas abrazyvams, degiklių dangos, katalizatorių pagrindas; gryname korunde gali būti safyras, rubinas priklausomai nuo priemaišų.
Aliuminio hidrooksidas (Al(OH)3): amfoterinė medžiaga, reaguojanti tiek su rūgštimis, tiek su šarmais.
Gavimas ir aliuminio lydymosi temperatūra
Metalinis aliuminis gaunamas elektrolizės būdu iš aliuminio oksido, ištirpinto kriolite (Na3AlF6). Kriolitas sumažina Al2O3 lydymosi temperatūrą. Elektrolizės metu aliuminis kaupiasi vonios dugne (katode), o prie anodo išsiskiria anglies dioksidas. Boksito gryninimas: Al2O3 yra amfoterinis oksidas, tirpstantis NaOH tirpale; Fe2O3 šarmų tirpaluose netirpsta. Elektrolizės procesas vyksta apie 950 °C temperatūroje; 1 tonai aliuminio pagaminama apie 15000 kWh elektros energijos, todėl gamyklos statomos arti energijos šaltinių.
Lydiniai: Aliuminio lydiniai su varu, magniu, cinku, siliciu, manganu ir kt. pasižymi lengvumu, elektros ir šilumos laidumu, atsparumu korozijai ir geromis mechaninėmis savybėmis. Svarbiausi lydiniai: duraliuminis (liejamasis) ir siluminas (liejamas su Si). Pagrindinės fizinės ir cheminės savybės: tankis 2,7 g/cm³, lydymosi 660 °C, virimo temperatūra apie 2327 °C, elektrinis laidumas apie 61% vario laidumo, šilumos laidumas ~235 W/(m·K), oksidacijos laipsnis junginiuose +3, atsparumas korozijai aukštas. Atliekant perdirbimą energijos sąnaudos yra žemos palyginti su pirminiu gamyba.
Aliuminio poveikis aplinkai ir sveikatai
Aliuminis plačiai paplitęs aplinkoje, tiek augalams, tiek gyvūnams gali patekti į organizmą. Augalų atžvilgiu Al3+ jonai gali reaguoti su fosforu sulėtindami augimą. Gyvūnams ir žmonėms aliuminis kaupiasi įvairiuose organuose; didesni kiekiai gali sutrikdyti medžiagų apykaitą ir kraujo krešėjimą bei poveikti nervinei sistemai.
Praktiniai valymo ir paviršiaus paruošimo metodai
Oksidacijos plėvelė gali būti šalinama įvairiais būdais: namų gamybos priemonėmis (acto tirpalu, soda), komerciniais valikliais ir poliravimo priemonėmis, mechaniniu valymu (nelygiam oksidacijai). Darbui reikia apsaugos priemonių: pirštinių, akinių, vėdinimo. Po valymo paviršius turi būti nuplaunamas ir saikingai nuvalomas.
Aliuminio virimo temperatūros kontekstas
Aliuminio virimo temperatūra yra apie 2740 °C (4964 °F, 3013 K), o lydymosi temperatūra - 660,3 °C. Virimo temperatūra žymi skystosios fazės pereigą į dują, todėl ji svarbi saugumo ir proceso kontrolės kontekste inžinerijoje. Tačiau praktikoje virimo temperatūra priklauso nuo lydinio, formos (folija, skardinė) ir aplinkos sąlygų, tad tiksli virimo temperatūra gali kisti.
Aliuminio perdirbimas ir aplinka
Aliuminio perdirbimas yra labai efektyvus: vienos tonos pagaminti iš perdirbto aliuminio sugeneruojama apie 5% energijos, lyginant su pirminės žaliavos lydiniuose gamyba. Perdirbant aliuminį, išlaikomos cheminės ir fizinės charakteristikos, todėl didelis auditas ir perdirbimo technologijų plėtra ypatingai svarbi.]
Tekstiniuose fragmentuose - papildomi įžvalgos
Aliuminio lydymosi temperatūra numatoma kaip svarbi natūrinių junginių charakteristika, kuriai įtakos turi lydiniai, aplinka ir priemaišos. Pramonė naudoja įvairius aliuminio junginius, kurie turi savo specifinę virimo ar lydymosi temperatūrą. Kuo didesnė yra pramoniniai reikalavimai dėl nukrypimų, tuo svarbiau tiksliai nustatyti šias temperatūras.
- Aliuminio lydymosi temperatūra yra santykinai žema lyginant su plienu ar variu.
- Dimero AlCl3 formos virimo/sublimacijos temperatūra yra maždaug 180 °C, priklausomai nuo fazės.
- Grynas Al yra puikiai atsparus korozijai dėl Al2O3 plėvelės susidarymo.
Ar kada susimąstėte, kaip gaminamas aliuminis?
Aliuminio naudojimo sritys skiriasi: aviacija, mechanika, elektrotechnika, statyba, pakavimas ir kasdieniai prietaisai. Dėl lengvumo, stiprumo ir nuosekliai gero konkurencingumo energijos sąnaudose, aliuminis išlieka vienu svarbiausių šiuolaikinės inžinerijos komponentų.
Aliuminio lydymosi temperatūra yra vienas iš pagrindinių procesinių terminų, kurį suprantant galima tiksliau planuoti liejimo, suvirinimo ir terminių apdorojimų seką bei kokybės kontrolę. Tačiau reikia atsiminti, kad ji kinta priklausomai nuo lydinio sudėties ir žymiai priklauso nuo aplinkos sąlygų.
tags: #aliuminio #chlorido #virimo #temperatura