Aliuminis yra trečias labiausiai paplitęs žemės plutos elementas po deguonies ir silicio. Pavadinimas kilęs iš alūno - mineralo pavadinimo (lot. alumen). Aliuminis pirmą kartą gautas 1825 metais, jo atradėjas - H. Oerstedas.
Fizikinės savybės
Aliuminis - tai balkšvas, lengvas, lankstus, kalus metalas. Aliuminio gabalas sveria tik trečdalį plieno (2,7 g/cm3). Aliuminio tankis yra 2,7 d/cm3 - tai sudaro maždaug vieną trečiąją plieno tankio. Sidabriškai baltos spalvos metalas.
Itin gryno aliuminio (99,996%) savybės: tankis (esant 20°С temperatūrai) 2698,9 kg/m3, lydymosi temperatūra 660,24°С; virimo temperatūra apie 2500°С; terminio plėtimosi koeficientas (nuo 20° iki 100°С temperatūroje) 23,86•10-6; šilumos laidumas (esant 190°С) 343 W/m•K [0,82 kal/(cm•sek•°С)], lyginamoji šiluminė talpa (esant 100°С) 931,98 J/kg•K [0,2226 kal/(g•°С)]; elektros laidumas lyginant su variu (esant 20 °С) 65,5%.
Aliuminis yra labai geras šilumos ir elektros laidininkas, todėl tinka naudoti elektrotechnikos detalių, taip pat įvairių tipų radiatorių gamyboje. Aliuminio šiluminis laidumas prie 27 oC temperatūros - 237 W/(m•K). Aliumininis laidininkas, turintis tokias pačias laidumo savybes kaip varinis laidininkas, sveria maždaug per pusę mažiau nei pastarasis.
Aliuminis yra labai lankstus ir gali būti suformuotas į viską - nuo dviračių rėmų ir valčių korpusų iki kompiuterių dėklų ir virtuvės reikmenų. Jį lengva apdoroti tiek šaltu, tiek karštu būdu, taip pat galime sukurti skirtingus lydinius. Jis lengvai kalamas, štampuojamas, valcuojamas ir valkiuojamas. Valcuojant šaltuoju būdu Aliuminio stiprumo riba išauga iki 115 Mn/m2, kietumas - iki 270 Mn/m2, sąlyginis pailgėjimas sumažėja iki 5% (1 Mn/m2~ ir 0,1 kgs/mm2).
Esant žemai temperatūrai aliuminis netampa trapus, jo atsparumas padidėja. Esant aukštai temperatūrai metalo atsparumas sumažėja. Jei temperatūra nuolatos yra aukštesnė nei 100º C, atsparumas sumažėja gana smarkiai, todėl konstrukcijos kūrimo stadijoje reikia į tai atsižvelgti.
Palyginus su kitais metalais, aliuminis turi sąlyginai didelį ilginio išsiplėtimo koeficientą. Profiliams dažnai taikomas suvirinimo metodas. Mašininio apdorojimo metu sunaudojama mažai energijos.
Cheminės savybės
Aliuminis reaguoja su ore esančiu deguonimi, sudarydamas apsauginę oksido dangą. Aliuminis artimas deguoniui, ore pasidengia plona, bet labai tvirta Al2O3 oksido plėvele, saugančia metalą nuo tolesnio oksidavimosi ir lemiančia jo puikias antikorozines savybes. Kai aliuminis reaguoja su ore esančiu deguonimi, susiformuoja labai plonas oksido sluoksnis - tik kelių šimtųjų µm storio (µm yra viena tūkstantoji milimetro dalis). Sluoksnis yra labai tankus ir gerai apsaugo nuo korozijos.
Aliuminio gaminių paviršiuje susidaro tanki ir tvirta Al2O3 oksido plėvelė, apsauganti aliuminį nuo korozijos atmosferoje, vandenyje, koncentruotoje azoto ir daugelyje organinių rūgščių bei kitose terpėse. Aliuminis yra atsparus korozijai koncentruotose azoto ir sieros rūgštyse, vandenyje, vandens tirpaluose, drėgnose dujose, kai tirpalų pH būna 4 iki 9. Šarminiai tirpalai, kurių pH > 9, greitai suardo aliuminį, sudarydami tirpius aluminatus.
Su cheminėmis medžiagomis aliuminis reaguoja įvairiai:
- Vandeniu, jei nuo paviršiaus pašalinta aliuminio oksido plėvelė: 2Al + 6H2O → 2Al(OH)3 + 3H2.
- Rūgštimis (HCl 1:1, H2SO4 1:5): 2Al + 6H+ → 2Al3+ + 3H2.
- Su koncentruota azoto bei sieros rūgštimi (pakaitinus): 10Al + 36HNO3 → 10Al(NO3)3 + 3N2 + 18H2O; 8Al + 15H2SO4 → 4Al2(SO4)3 + 3H2S + 12H2O.
- Su šarmais - praskiestu ir koncentruotu tirpalu: 2Al + 2NaOH + 10H2O → 2Na[Al(H2O)2(OH)4] + 3H2; 2Al + 6NaOH + 6H2O → 2Na3[Al(OH)6] + 3H2O.
- Silpnomis organinėmis rūgštimis, kurios pamažu tirpina aliuminį, jei yra deguonies: 4Al + 12CH3COOH + 3O2 → 4(CH3COO)3Al + 6H2O.
Aliuminio lydiniai ir jų savybės
Aliuminio lydiniai paprastai naudojami aliuminio savybėms pagerinti tam tikrose inžinerinėse konstrukcijose ir komponentuose, kuriuose svarbus lengvas svoris arba atsparumas korozijai. Dažniausiai aliuminio lydiniuose naudojami elementai yra magnis, silicis, manganas, cinkas ir varis. Iš aliuminio lydinių gaminami pusfabrikačiai - liejiniai, valcuoti profiliai, viela, lakštai ar kiti.
Panaudojimas
Aliuminio folija atspindi tiek šilumą, tiek šviesą ir yra visiškai nepralaidi, o tai reiškia, kad skonis, aromatas ar šviesa nepatenka ar išeina. Dėl šios savybės jis puikiai tinka maisto konservavimui ir jau plačiai naudojamas maisto pramonėje ir privačiuose namų ūkiuose. Aliuminis atspindi ir šilumą, ir šviesą, gaubdamas šilumą ir šaltį po dangčiu, todėl idealiai tinka tiek maistui konservuoti, tiek avarinėms antklodėms.
Ir šviestuvai, veidrodžiai, šokolado įvyniojimai, langų rėmai ir daugybė kitų naudojimo būdų. Iš aliuminio lydinių gaminami pusfabrikačiai - liejiniai. Aliuminis yra labai lankstus ir gali būti suformuotas į viską - nuo dviračių rėmų ir valčių korpusų iki kompiuterių dėklų ir virtuvės reikmenų. Jį lengva apdoroti tiek šaltu, tiek karštu būdu, taip pat galime sukurti skirtingus lydinius.
Perdirbimas ir aplinkosauga
Nedaug medžiagų perdirbama taip lengvai, kaip aliuminis. Jam perdirbti reikia tik 5% energijos, reikalingos pirminiam metalui gaminti. Iš esmės, aliuminį galima perdirbti ir panaudoti naujuose gaminiuose neribotai - kokybė nenukenčia. Aliuminio perdirbimo pranašumas aplinkosaugos atžvilgiu yra energijos tausojimas. Perlydant aliuminį sunaudojama tik penki procentai energijos, reikalingos pagaminti naują (pirminį) metalą.
Saugos ir sveikatos aspektai
Aliuminio fiziologinė reikšmė ląstelėms nenustatyta. Didelis aliuminio kiekis gali turėti neigiamą poveikį. Aliuminis gali kauptis ir neigiamai veikti kaulinį audinį ir nervų sistemą, ypač esant inkstų nepakankamumui. Didelis aliuminio kiekis gali neigiamai veikti vaikų skeleto kaulėjimą. Labai didelis aliuminio kiekis gali pažeisti nervų sistemą. Aliuminis gali sukelti kontaktinį dermatitą ir virškinimo sutrikimus.
Rūgštys ir druskos tirpina aliuminį, todėl maisto produktuose, laikomuose aliuminio induose, aliuminio kiekis gali padidėti kelis kartus. Ilgalaikis tokių maisto produktų vartojimas gali turėti neigiamos įtakos žmonių sveikatai. Europos maisto saugos tarnyba nustatė ilgalaikio aliuminio vartojimo 1 mg/kg kūno masės toleruojamą kiekį per savaitę.
Įdomybės
Aliuminis buvo apdovanotas nepaprastai daugeliu teigiamų savybių, todėl aliuminis, po geležies, yra plačiausiai vartojamas metalas. Nedaug medžiagų pasižymi tokia kombinacija: mažas tankis, geros mechaninės savybės, atsparumas korozijai ir aukštas šilumos bei elektros laidumas. Aliuminis (E173) naudojamas kaip maisto gaminių paviršiaus metalinis dažiklis.
Techniniai duomenys (santrauka)
| Savybė | Reikšmė |
|---|---|
| Tankis | 2,7 g/cm3 (2698,9 kg/m3 esant 20°C) |
| Lydymosi temperatūra | ~660 °C (660,24 °C itin grynam aliuminiui) |
| Virimo temperatūra | apie 2500 °C |
| Šilumos laidumas | 237 W/(m•K) prie 27 °C; 343 W/m•K esant 190 °C |
| Elektros laidumas | ~65,5% vario laidumo (esant 20 °C) |
| Terminis plėtimosi koef. | 23,86•10-6 (nuo 20° iki 100°С) |