Алюминий - химический элемент третей группы периодической системы Д.И. Менделеева.
| Плотность, (кг/м3) | 2,7 |
| Температура плавления Тпл, ° С | 660 |
| Температура кипения Ткип, ° С | 2 327 |
| Скрытая теплота плавления, Дж/г | 393,6 |
| Теплопроводность l, Вт/м •град (при 20 ° С) | 228 |
| Теплоемкость Ср, Дж/(г · град) (при 0–100 ° С) | 0,88 |
| Коэффициент линейного расширения α × 106, 1/° С (при° С) | 24,3 |
| Удельное электросопротивление ρ × 108, Ом× м (при 20 ° С) | 2,7 |
| Предел прочности σ в, МПа | 40–60 |
| Относительное удлинение δ, % | 40–50 |
| Твердость по Бринеллю НВ | 25 |
| Модуль нормальной упругости E, ГПа | 70 |
Марки и химический состав (%) первичного алюминия (ГОСТ 11069–74)
| Обозначение марок | Al,не менее | Примеси, не более | |||||
| Fe | Si | Cu | Zn | Ti | сумма | ||
| Алюминий особой чистоты | |||||||
| А999 | 99,999 | – | – | – | – | – | 0,001 |
| Алюминий высокой чистоты | |||||||
| А995 | 99,995 | 0,0015 | 0,0015 | 0,001 | 0,001 | 0,001 | 0,005 |
| А99 | 99,99 | 0,003 | 0,003 | 0,003 | 0,003 | 0,002 | 0,010 |
| А97 | 99,97 | 0,015 | 0,015 | 0,005 | 0,003 | 0,002 | 0,03 |
| А95 | 99,95 | 0,025 | 0,020 | 0,010 | 0,005 | 0,002 | 0,05 |
| Алюминий технической чистоты | |||||||
| А85 | 99,85 | 0,08 | 0,06 | 0,01 | 0,02 | 0,008 | 0,15 |
| А8 | 99,8 | 0,12 | 0,10 | 0,01 | 0,04 | 0,01 | 0,20 |
| А7 | 99,7 | 0,16 | 0,15 | 0,01 | 0,04 | 0,01 | 0,30 |
| А7Е*** | 99,7 | 0,20 | 0,08 | 0,01 | 0,04 | 0,01* | 0,30 |
| А6 | 99,6 | 0,25 | 0,18 | 0,01 | 0,05 | 0,02 | 0,40 |
| А5Е | 99,5 | 0,35** | 0,10 | 0,02 | 0,04 | 0,015* | 0,50 |
| А5 | 99,5 | 0,30 | 0,25 | 0,02 | 0,06 | 0,02 | 0,50 |
| А0 | 99,0 | 0,50 | 0,5 | 0,02 | 0,08 | 0,02 | 1,0 |
*Для суммы титана, ванадия, хрома и марганца.
** Допускается массовая доля железа не менее 0,18 %.
***«Е» — в марках с гарантированными электрическими характеристиками.
Алюминий технической чистоты, применяемый для изготовления полуфабрикатов и изделий путем деформации, входит в ГОСТ 4784-74
Химический состав (%) технического алюминия
| Марка | Al,не менее | Примеси, не более | |||||||||
| Российская | Между–народная | Cu | Mg | Mn | Fe | Si | Zn | Ti | Cr | ||
| Буквенная | Цифровая | ||||||||||
| АД000 | – | 1080А | 99,80 | 0,03 | 0,02 | 0,02 | 0,15 | 0,15 | 0,06 | 0,02 | – |
| АД00 | 1010 | 1070А | 99,70 | 0,03 | 0,03 | 0,03 | 0,25 | 0,20 | 0,07 | 0,03 | – |
| АД00Е | 1010Е | 1370 | 99,70 | 0,02 | 0,02 | 0,01 | 0,25 | 0,10 | 0,04 | * | 0,01 |
| АД0 | 1011 | 1050 | 99,50 | 0,05 | 0,05 | 0,05 | 0,40 | 0,25 | 0,07 | 0,05 | – |
| АД0Е | 1011Е | 1350 | 99,50 | 0,05 | – | 0,01 | 0,40 | 0,10 | 0,05 | ** | 0,01 |
| АД1 | 1013 | 1230 | 99,30 | 0,05 | 0,05 | 0,025 | 0,30 | 0,30 | 0,10 | 0,15 | – |
| АД | 1015 | 1200 | 98,80 | 0,05 | – | 0,05 | Fe + Si: 1,0 | 0,10 | 0,05 | – | |
| АД1пл | – | – | 99,30 | 0,02 | 0,05 | 0,025 | 0,30 | 0,30 | 0,10 | 0,15 | – |
* B: 0,02 %; Ti + V: 0,02 %
**B: 0,05 %; Ti + V: 0,02 %
Гарантируемые механические характеристики (не менее) листов из АД0, АД1
| Состояние | Толщина листа, мм | σв, МПа | δ, % |
| М | 0,5 | 160 | 20 |
| От 0,6 до 0,9 | 160 | 25 | |
| От 1,0 до 10,0 | 160 | 28 | |
| Н* | От 0,5 до 0,8 | 145 | 3 |
| От 0,9 до 4,0 | 145 | 4 | |
| От 4,1 до 10,0 | 130 | 5 | |
| ГК | От 5,0 до 10,5 | 70 | 15 |
АЛЮМИНИЙ, химический элемент III группы периодической системы, атомный номер 13, относительная атомная масса 26,98. В природе представлен лишь одним стабильным нуклидом 27Al. Искусственно получен ряд радиоактивных изотопов алюминия, наиболее долгоживущий – 26Al имеет период полураспада 720 тысяч лет.
Алюминий в природе. В земной коре алюминия очень много: 8,6% по массе. Он занимает первое место среди всех металлов и третье среди других элементов (после кислорода и кремния). Алюминия вдвое больше, чем железа, и в 350 раз больше, чем меди, цинка, хрома, олова и свинца вместе взятых! Как писал более 100 лет назад в своем классическом учебнике Основы химии Д.И. Менделеев, из всех металлов «алюминий есть самый распространенный в природе; достаточно указать на то, что он входит в состав глины, чтоб ясно было всеобщее распространение алюминия в коре земной. Алюминий, или металл квасцов (alumen), потому и называется иначе глинием, что находится в глине».
Важнейший минерал алюминия – боксит, смесь основного оксида AlO(OH) и гидроксида Al(OH)3. Крупнейшие месторождения боксита находятся в Австралии, Бразилии, Гвинее и на Ямайке; промышленная добыча ведется и в других странах. Богаты алюминием также алунит (квасцовый камень) (Na,K)2SO4·Al2(SO4)3·4Al(OH)3, нефелин (Na,K)2O·Al2O3·2SiO2. Всего же известно более 250 минералов, в состав которых входит алюминий; большинство из них – алюмосиликаты, из которых и образована в основном земная кора. При их выветривании образуется глина, основу которой составляет минерал каолинит Al2O3·2SiO2·2H2O. Примеси железа обычно окрашивают глину в бурый цвет, но встречаются и белая глина – каолин, которую применяют для изготовления фарфоровых и фаянсовых изделий.
Изредка встречается исключительно твердый (уступает лишь алмазу) минерал корунд – кристаллический оксид Al2O3, часто окрашенный примесями в разные цвета. Его синяя разновидность (примесь титана и железа) называется сапфиром, красная (примесь хрома) – рубином. Разные примеси могут окрашивать так называемый благородный корунд также в зеленый, желтый, оранжевый, фиолетовый и другие цвета и оттенки.
Еще недавно считалось, что алюминий как весьма активный металл не может встречаться в природе в свободном состоянии, однако в 1978 в породах Сибирской платформы был обнаружен самородный алюминий – в виде нитевидных кристаллов длиной всего 0,5 мм (при толщине нитей несколько микрометров). В лунном грунте, доставленном на Землю из районов морей Кризисов и Изобилия, также удалось обнаружить самородный алюминий. Предполагают, что металлический алюминий может образоваться конденсацией из газа. Известно, что при нагревании галогенидов алюминия – хлорида, бромида, фторида они могут с большей или меньшей легкостью испаряться (так, AlCl3 возгоняется уже при 180° C). При сильном повышении температуры галогениды алюминия разлагаются, переходя в состояние с низшей валентностью металла, например, AlCl. Когда при понижении температуры и отсутствии кислорода такое соединение конденсируется, в твердой фазе происходит реакция диспропорционирования: часть атомов алюминия окисляется и переходит в привычное трехвалентное состояние, а часть – восстанавливается. Восстановиться же одновалентный алюминий может только до металла: 3AlCl 2Al + AlCl3. В пользу этого предположения говорит и нитевидная форма кристаллов самородного алюминия. Обычно кристаллы такого строения образуются вследствие быстрого роста из газовой фазы. Вероятно, микроскопические самородки алюминия в лунном грунте образовались аналогичным способом.
Название алюминия происходит от латинского alumen (род. падеж aluminis). Так называли квасцы, двойной сульфат калия-алюминия KAl(SO4)2·12H2O), которые использовали как протраву при крашении тканей. Латинское название, вероятно, восходит к греческому «халмэ» – рассол, соляной раствор. Любопытно, что в Англии алюминий – это aluminium, а в США – aluminum.
Во многих популярных книгах по химии приводится легенда о том, что некий изобретатель, имя которого история не сохранила, принес императору Тиберию, правившему Римом в 14–27 н.э., чашу из металла, напоминающего цветом серебро, но более легкого. Этот подарок стоил жизни мастеру: Тиберий приказал казнить его, а мастерскую уничтожить, поскольку боялся, что новый металл может обесценить серебро в императорской сокровищнице.
Эта легенда основана на рассказе Плиния Старшего, римского писателя и ученого, автора Естественной истории – энциклопедии естественнонаучных знаний античных времен. Согласно Плинию, новый металл был получен из «глинистой земли». А ведь глина действительно содержит алюминий.
Современные авторы почти всегда делают оговорку, что вся эта история – не более чем красивая сказка. И это не удивительно: алюминий в горных породах чрезвычайно прочно связан с кислородом, и для его выделения необходимо затратить очень много энергии. Однако в последнее время появились новые данные о принципиальной возможности получения металлического алюминия в древности. Как показал спектральный анализ, украшения на гробнице китайского полководца Чжоу-Чжу, умершего в начале III в. н.э., сделаны из сплава, на 85% состоящего из алюминия. Могли ли древние получить свободный алюминий? Все известные способы (электролиз, восстановление металлическим натрием или калием) отпадают автоматически. Могли ли в древности найти самородный алюминий, как, например, самородки золота, серебра, меди? Это тоже исключено: самородный алюминий – редчайший минерал, который встречается в ничтожных количествах, так что древние мастера никак не могли найти и собрать в нужном количестве такие самородки.
Однако возможно и другое объяснение рассказа Плиния. Алюминий можно восстановить из руд не только с помощью электричества и щелочных металлов. Существует доступный и широко используемый с древних времен восстановитель – это уголь, с помощью которого оксиды многих металлов при нагревании восстанавливаются до свободных металлов. В конце 1970-х немецкие химики решили проверить, могли ли в древности получить алюминий восстановлением углем. Они нагрели в глиняном тигле до красного каления смесь глины с угольным порошком и поваренной солью или поташом (карбонатом калия). Соль была получена из морской воды, а поташ – из золы растений, чтобы использовать только те вещества и методы, которые были доступны в древности. Через некоторое время на поверхности тигля всплыл шлак с шариками алюминия! Выход металла был мал, но не исключено, что именно этим путем древние металлурги могли получить «металл 20 века».