Aliuminis

Chemijos referatas

2009

Turinys

ĮvadasSavybėsIstorijaGavimas ir radimasPaplitimasNaudojimasEkologijaInformacijos šaltiniai

Įvadas

ALIUMINIS – vienas iš labiausia paplitusių žemės plutos elementų: trečias po deguonies ir silicio ir pirmas iš metalų. Jis yra vienas iš gausiausių žemės plutos elementų ir sudaro 7,9% jos masės. Aliuminis gaunamas iš aliuminio rūdų: boksito, kaolinito, korundo.Gamtoje aliuminis randamas tik junginiuose. Svarbiausia mineralų grupė – putnagai. Tai vieni iš aliumosilikatų, kurie sudaro apie 50% Žemės plutos masės.Aliuminis – vienas iš lengviausių metalų, jo lydiniai labai tvirti, nors grynas aliuminis yra gan trapus. Aliuminis atsparus korozijai, nes ore oksiduojasi ir pasidengia atsparia Al2O3 plėvele. Jis geras elektros ir šilumos laidininkas.Aliuminis naudojamas lydiniams. Dažniausia naudojami duraliuminis ir siluminas.

¤ Sudėtis: 90-95% Al, 1,4-13% ¤ Sudėtis:>85% Al, ~14% Si;iki 2,8% Mg, iki 1% Mn, iki legiruojamas Cu, Mn, Zn, Be.6% Si, ~7%Zn. Kad būtų stipresnis, plastiškesnis,¤ Savybės: lengvas, stiprus, dedama Na ir P.plastiškas. ¤ Savybės: atsparus korozijai¤ Naudojimas: automobilių, iš jo lengva lieti detales.aviacijos pramonė, mašinų ¤ Naudojimas: įv. prietaisųgamyba korpusams, lėktuvų detalėms,¤ Pavadinimas kilęs iš Vokietijos vidaus degimo variklių blokams.miesto Diureno pavadinimo. Jamebuvo pradėta pramoninė lydinio gamyba .Daugelis aliuminio turinčių mineralų yra vertingi. Korundas kietumu prilygsta deimantui, todėl iš jo gaminami šlifavimo, galandimo įrankiai. Skaidrios spalvos korundo atmainos – rubinas ir safyras – yra brangaakmeniai. Kiti brangaakmeniai – smaragdas, akvamarinas, aleksandritas – yra aliuminio ir berilio mineralai.

Aliuminio savybės

Aliuminis yra chemiškai aktyvus metalas. Kambario temperatūroje apsitraukia plona oksido plėvele:4Al + 3O2→2Al2O3 + QSusmulkintas ir įkaitintas užsidega deguonyje. Jam degant išsiskiria labai daug šilumos. Gaunamas aliuminio oksidas – labai atsparus tiek terminiam, tiek mechaniniam poveikiui junginys.Aliuminiui būdinga ypatinga cheminė trauka deguoniui, todėl jis lengvai “atima” deguonį iš kai kurių metalų oksidų. Šis metalų gavimo būdas vadinamas aliuminotermija.

Aliuminotermijos būdu galima gauti grynus metalus – Cr, V, Fe, Ni, Co, Ti, Mn arba ferolydinius.

Fizikinės savybės.

Šis metalas lengvas, stiprus ir plastiškas.Aliuminis yra atsparus korozijai. Kambario temperatūroje apsitraukia plona oksido plėvele.Susmulkintas ir įkaitintas užsidega deguonyje. Jam degant išsiskiria labia daug šilumos.Gaunamas aliuminio oksidas – labai atsparus tiek terminiam, tiek mechaniniam poveikiui junginys. Aliuminiui būdinga ypatinga cheminė trauka deguoniui, todėl jis lengvai “atima” deguonį iš kai kurių metalų oksidų.Aliuminis – plačiausiai paplitęs Žemės plutos metalas (8,13 proc.), randamas junginiuose – feldšpatuose, žėrutyje ir kituose mineraluose. Daugumos augalų sausojoje masėje yra apie 0,02 % aliuminio, nors būtinas jis tik kai kuriems augalams – hidrofitams, arbatmedžiui (trūkumas sukelia lapų chlorozę). Dideli kiekiai augalams nuodingi. Aliuminio gauna ir žmogus, jis kaupiamas kasoje, skydliaukėje, kepenyse, blužnyje, inkstuose, kraujyje. Esant pertekliui, sunkėja fosfatų asimiliavimas, mažėja hemoglobino, aliuminio junginiai skatina kraujo krešėjimą, žalingi nervų sistemai, aliuminio dulkės žalingos kvėpavimo takams.Iš aliuminio gaminama iki 0,004 µm folija (valcuojant), kalant gaminami lakštai. Aliuminiu dengiamas plienas apsaugai nuo korozijos, paprasti ir optinių teleskopų veidrodžiai, taip pat naudojamas lydant plieną ar ketų (kaip reduktorius ir deoksidatorius), aliuminio pudra naudojama gaminant akytąjį betoną, folija – maisto produktams pakuoti, pudra – dažų ir lako pramonėje.Aliuminis lengvas, plastiškas metalas. Jį labai lengva apdoroti – presuoti, kalti (už aliuminį kalesnis tik auksas), štampuoti, valcuoti. Aliuminis gerai praleidžia šilumą ir elektrą, gerai atspindi šviesą. Įkaitintas iki raudonumo lydosi, lydymosi temperatūra 660,1 Celcijaus.Grynas aliuminis nėra stiprus, todėl technikoje naudojami jo lydiniai.

Cheminės savybės.

Aliuminis reaguoja su:1. Vandeniu, jei nuo paviršiaus pašalinta aliuminio oksido plėvelė:2Al + 6H2O→2Al(OH)3 + 3H22. Rūgštimis (HCl 1:1, H2 SO4 1:5)2Al + 6H+→2Al3+ + 3H23. Su koncentruota azoto bei sieros rūgštimi (pakaitinus):

10Al + 36HNO3→10Al(NO3)3 + 3N2 +18H2O8Al + 15H2SO4→4Al2(SO4)3 + 3H2S + 12H2O4. Su šarmais – praskiestu ir koncentruotu tirpalu:2Al + 2NaOH + 10H2O→2Na[Al(H2O)2(OH)4] + 3H22Al + 6NaOH + 6H2O→2Na3[Al(OH)6] + 3H2O5. Silpnomis organinėmis rūgštimis, kurios pamažu tirpina aliuminį, jei yra deguonies:4Al + 12CH3COOH + 3O2→4(CH3COO)3Al + 6H2O

Aliuminio istorija

Nors aliuminis yra vienas iš gausiausių žemės plutos metalų ir sudaro net 7,9% žemės plutos masės, gamtoje jis egzistuoja tik kaip labai pastovūs junginiai su kitomis medžiagomis. Dėl šios priežasties aliuminis buvo atrastas ir pavadintas dabartiniu vardu tik 1808m. Prireikė daug metų, kad būtų atrasti būdai kaip išgauti aliuminį.1808 m. seras Humpris Deividas (Humphry David) nustatė aliuminio egzistavimo faktą ir pavadino metalą.1821 m. prancūzas P. Bertris (P. Berthier) atrado kietą, rausvą, panašią į molį medžiagą, kurios 52% sudarė aliuminio aksidas. Ši medžiaga buvo rasta netoli Los Baux miestelio pietų Prancūzijoje ir pavadinta boksitu – pačia dažniausia aliuminio rūda.1825 m. danas Hansas Kristianas Erstedas (Hans Christian Oersted) pirmasis išgavo aliuminį, nors šis ir nebuvo grynas. Mokslininkas pro įkaitintą ir su anglimi sumaišytą Al2O3 leido chloro dujas ir gavo bevandenį aliuminio chloridą. Kaitindamas AlCl3 su kalio amalaga gavo aliuminio amalagą, iš kurios išgarinęs gyvsidabrį pamatė pilkus miltelius – aliuminį.1827 m. vokiečių chemikas Frydrichas Vėleris (Friedlich Wöhler) išgavo gryną aliuminį. 1845 m. jis nustatė aliuminio tankį ir vieną iš jo savybių – lengvumą.1854 m. prancūzas Henris Devilas (Henri Saite-Claire Deville) patobulino Vėlerio metodą gaminti aliuminį komercinui būdu. Metalo kaina, buvusi aukštesnė už aukso ir platinos, nukrito 90% tik per 10 metų.1855 m. aliuminio luitų gabalai buvo eksponuojami kaip labai brangūs metalai.1885 m. amerikietis Hamiltonas Y. Kaseris (Hamilton Y. Cassner) patobulino Devilo metodą. Aliuminio gamyba išaugo iki 15 tonų per metus.

1886 m. du niekam nežinomi jauni mokslininkas, prancūzas Paulas Luisas Tosantas Heraultas (Paul Louis Toussaint Héroult) ir amerikietis Čarlis Martinas Halas (Charles Martin Hall), dirbdami atskirai ir nežinodami apie viens kito darbą, vienu laiku išrado naują elektrinį procesą, kuris yra dabartinio aliuminio gamybos proceso pagrindas. Jie atrado, kad jei jie ištirpdys aliuminio oksidą vonioje su išlydytu kriolitu C.M. Hall ir paleis stiprią elektros srovę per ją, išlydytas aliuminis atsiras vonios paviršiuje.

1888 m. atsirado pirmosios aliuminio gamybos kompanijos Prancūzijoj, Šveicarijoj ir Amerikoj.1900 m. aliuminio gamyba per metus padidėjo iki 8 tonų.1913 m. aliuminio gamyba per metus padidėjo iki 65 tonų.. 1920 m. aliuminio gamyba per metus padidėjo iki 128 tonų.P. Héroult 1938 m. aliuminio gamyba per metus padidėjo iki 537 tonų.1946 m. aliuminio gamyba per metus padidėjo iki 681 tonų.1999 m. aliuminio gamyba per metus tapo 24 mln. tonų.Aliuminis išgaunamas dar tik 146 metus ir jis dar labai jaunas metalas. Žmonija varį, alavą naudoja tūkstančius metų, bet aliuminio pagaminama daugiau negu visų kitų negeležininių metalų.

Aliuminio radimas ir gamyba

Aliuminio rūda, daugiausia boksitas, yra randama tropinėse ir subtropinėse srityse: Afrikoje, Vakarų Indijoje, pietų Amerikoje ir Australijoje. Be to yra ir keletas aliuminio rūdų radinviečių Europoje.Nuo keturių iki šešių tonų boksito reikia, norint pagaminti vieną toną gryno aliuminio metalo.1884 m, kai Vašingtono (Washington) monumento viršutinė dalis buvo uždengta aliumininiu stogeliu, aliuminis tebebuvo pusiau brangus metalas. Jį naudojo juvelyriniams ir dailės dirbiniams. Bet vos po dviejų metų situacija pasikeitė. 1866 m Charles Martin Hall iš JAV ir Paul Heroult iš Prancūzijos viens nuo kito nepriklausomai surado ekonomiškai priimtiną būdą gaminti aliuminį iš Al2O3 elektrolizės būdu.Aliuminio gamybos būdas yra puikus pavyzdys, kaip cheminiai dėsningumai panaudojami praktikoje. Svarbiausioji aliuminio rūda – boksitas – turi savyje Fe2O3 priemaišų, kurias būtina pašalinti. Gryninant boksitą pasinaudojama tuo, kad Al2O3 yra amfoterinis oksidas, todėl tirpsta NaOH(aq) tirpale. Fe2O3 šarmų tirpaluose netirpsta.

Al2O3(k) + 2 OH-(aq) + 3 H2O→ 2 [Al(OH)4]-(aq)[Al(OH)4]- tirpalą silpnai parūgštinus arba praskiedus vandeniu susidaro Al(OH)3(k) nuosėdos. Kaitinamas Al(OH)3 skyla ir susidaro grynas Al2O3.Al2O3 lydosi labai aukštoje temperatūroje (2020 °C), o išlydytas yra mažai laidus elektrai. Hall ir Heroult surado tinkamą tirpiklį, kuris lydosi žemesnėje temperatūroje, yra laidus elektrai ir neblogai tirpina Al2O3. Toks tirpiklis yra mineralas kriolitas, kuriame maždaug 1000 °C temperatūroje ištirpsta iki 15% (masės) Al2O3. Nuo to laiko aliuminis gaminamas elektrolizuojant maždaug 950 °C temperatūros Al2O3 tirpalą išlydytame kriolite. Taip gaunamas 99,6-99,8% grynumo aliuminis.

Aliuminio paplitimasAliuminis – plačiausiai paplitęs Žemės plutos metalas (8,13 proc.), randamas junginiuose – feldšpatuose, žėrutyje ir kituose mineraluose. Daugumos augalų sausojoje masėje yra apie 0,02 % aliuminio, nors būtinas jis tik kai kuriems augalams – hidrofitams, arbatmedžiui (trūkumas sukelia lapų chlorozę). Dideli kiekiai augalams nuodingi. Aliuminio gauna ir žmogus, jis kaupiamas kasoje, skydliaukėje, kepenyse, blužnyje, inkstuose, kraujyje. Esant pertekliui, sunkėja fosfatų asimiliavimas, mažėja hemoglobino, aliuminio junginiai skatina kraujo krešėjimą, žalingi nervų sistemai, aliuminio dulkės žalingos kvėpavimo takams.Iš aliuminio gaminama iki 0,004 µm folija (valcuojant), kalant gaminami lakštai. Aliuminiu dengiamas plienas apsaugai nuo korozijos, paprasti ir optinių teleskopų veidrodžiai, taip pat naudojamas lydant plieną ar ketų (kaip reduktorius ir deoksidatorius), aliuminio pudra naudojama gaminant akytąjį betoną, folija – maisto produktams pakuoti, pudra – dažų ir lako pramonėje.

Aliuminio panaudojimas

Aliuminis naudojamas aviacijoje, mechanikoje, elektrotechnikoje, virtuvės rakandams. Platų aliuminio panaudojimą lemia jo tvirtumas ir lengvumas. Prieš elektrolizės atradimą aliuminis buvo naudojamas tik dekoratyvinėms detalėms: dažniausia papuošalam.Aliuminio panaudojimas maisto gamyboje nėra labai saugus. Mes galime saugiai naudoti aliumininius puodus ir įrankius su rūgščiu maistu, pavyzdžiui pomidorais, rabarbarais, vaisiais. Bet reikia vengti aliuminio kontaktų su šarminiais produktais, nes aliuminis su jais gali sureaguoti.

Aliuminis naudojamas mažiems konteineriams gaminti. Jis gali būti naudojamas gaiviųjų gėrimų skardinėms. Jas ne tik lengva naudota, bet jos lengvai perdirbamos ir neteršia aplinkos.Aliuminis naudojamas ir kaip elektros laidininkas. Ypač daug jo naudojama aukštos įtampos trasose, kur aliuminio lengvumas yra labai vertinamas.Aliuminio folija pakeitė alavinę foliją, kuri buvo naudojama maisto produktams pakuoti ir virtuvės reikmėms. Aliuminio folija daug pigesnė, bet jos cheminės savybės labai geros. Grynas aliuminis gali būti iškočiotas iki 0,00127mm storio.Aluminio pjuvenos gali būti naudojamis dažams, kaip pigmentas. Šie dažai yra puiki antikorozinė medžiaga geležiai ir kitiems metalams.Aliuminis naudojamas veidrodžiams ir kuria gražesnį atspindį negu sidabras. Daugelis veidrodžių yra dviejų paviršių, kur metalą dengia stiklas. Metalui dažniausia naudojamas aliuminis. Sidabras ir plona amalagma buvo naudojami senesniais laikais, bet jie nebuvo tokie tvirti ir ilgalaikiai. Dideli atspindintys teleskopai turi vieno paviršiaus veidrodžius ir aliuminis jiems labai dažnai naudojamas. Kai kurie teleskopai yra aliumininami kas penkis metus.Plačiai aliuminis buvo naudojamas dar prieš Antrąjį Pasaulinį karą. Aliuminis buvo puiki žaliava aviacijai po to, kai buvo išstumti medžio gaminiai.Dabar aliuminis visdar vartojamas daugely sričių.

Aliuminis ir jo tara

Aliuminis naudojamas maisto pakavimui, jo kokybės palaikymui. Dažnai aliuminio folija naudojama kepiniams kepti.

Aliuminis ir elektra

Aliuminio didelis laidumas daro jį puikia medžiaga elektros linijoms. Aliuminio kabelių naudojimas sumažina energijos praradimą, todėl saugo elektros energiją.

Aliuminis oro pramonėje

Aliuminis labai plačiai naudojamas aviacijos pramonėje. Standartiniam boingui 747 reikia apie 75,000 kilogramų aliuminio. Dėl to, kad metalas atsparus korozijai, kai kurios kompanijos net nedažo savo lėktuvų ir sumažina jų svorį.

Ekologija

Aliuminis gyvuosiuose organizmuose

Aliuminio yra augalų ir gyvūnų audiniuose. Daugelio augalų sausojoje masėje jo yra apie 0,02%. Mažos aliuminio dozės skatina augalų augimą, didina azoto junginių ir angliavandenių kiekį derliuje. Aliuminio perteklius (ypač rūgščiose dirvose) trukdo fosforui ir kitiems elementams patekti į augalus, mažina azoto junginių ir angliavandenių kiekį derliuje.

1 kg gyvūnų gyvosios masės būna apie 1,6 – 16,0 mg aliuminio. Jis kaupiasi kepenyse, kasoje, inkstuose, kraujyje, skydliaukėje, blužnyje. Per dideli aliuminio kiekiai sunkina fosfatų įsisavinimą, mažina eritrocitų bei hemoglobino kiekį. Aliuminio dulkės dirgina kvėpavimo takus, trukdo kvėpuoti.

Medicinoje vartojami kai kurie aliuminio junginiai. KAl(SO4)2•12H2O krešina kraują, stabdo kraujavimąiš smulkių kapiliarų, Al(OH)3 ir Al2O3 yra viena pagrindinių pastų ir tepalų sudedamųjų dalių.

Aliuminio perdirbimas

Beveik viskas, kas pagaminta iš aliuminio, gali būti perdirbta be jokio medžiagos nuostolio.Keletas aliuminio perdirbimo faktų:• Perdirbdami vieną kilogramą aliuminio mes galime išsaugoti apie 8 kilogramus boksito, keturis kilogramus chemikalų ir 14 kilovatų elektros.• Viskas, kas padaryta iš aliuminio gali būti perdirbtas: ne tik skardinės, bet ir folija, lėkštės, įrankiai, langų rėmai,sodo baldai. Perdirbus šiuos daiktus juos galima padaryti darkart.• Panaudotos skardinės į parduotuvių lentynas sugrįžta po 6-8 savaičių tuose miestuose, kurie turi perdirbimo fabrikus.• Aliuminio skardinės perdirbamos 100%: nelieka jokių išmetamų liekanų.

Aliuminis: nuo kasybos iki perdirbimo fabriko

Informacijos šaltiniai:“Chemija vadovėlis IX klasei” Regina Jasiūnienė, Virgina ValentinavičienėTarybinė lietuviškoji enciklopedija“Mokytojo knyga 9 klasei”Internetas:mokslo.centras.ltwww.world-aluminum.orgwww.du.edu/~jcalvert/phys/alumin.htm#Refswww.chf.vu.lt/Elementai/VElem/3a_grupes_metalai.htmhttp://lt.wikipedia.org/wiki/Aliuminishttps://www.mokslai.lt/referatai/referatas/aliumini-7.html