Ալյումին

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

13 Մագնեզիում ← Ալյումին → Սիլիցիում Քիմիական տարրերի պարբերական համակարգ 13Al
Պարզ նյութի արտաքին տեսք
Ալյումին պարզ նյութը փափուկ, թեթև արծաթասպիտակավուն երանգով մետաղ է։
Ատոմի հատկություններ
Անվանում, սիմվոլ, կարգաթիվ	Ալյումին / Aluminium (Al), Al, 13
Խումբ, պարբերություն, բլոկ	13, 3,
Ատոմային զանգված (մոլային զանգված)	26,9815386(8) զ. ա. մ. (գ/մոլ)
Էլեկտրոնային կոնֆիգուրացիա	[Ne] 3s2 3p1
Էլեկտրոնները ըստ թաղանթների	2, 8, 3
Ատոմի շառավիղ	143 պմ
Քիմիական հատկություններ
Կովալենտ 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
Իոնացման 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
Հալման ջերմաստիճան	660 °C, 933,5 Կ
Եռման ջերմաստիճան	2518,82 °C, 2792 Կ
Հալման տեսակարար ջերմունակություն	10,75 կՋ/մոլ
Մոլյար ջերմունակություն	24,35 Ջ/(Կ·մոլ)
Մոլային ծավալ	10,0 սմ³/մոլ
Պարզ նյութի բյուրեղային ցանց
Բյուրեղացանցի կառուցվածք	խորանարդ
Բյուրեղացանցի տվյալներ	4,050
Դեբայի ջերմաստիճան	394 Կ
Այլ հատկություններ
Ջերմահաղորդականություն	(300 Կ) 237 Վտ/(մ·Կ)
Ձայնի արագություն	5200
CAS համար	CAS գրանցման համար?

13	Ալյումին
Al 26,982
3s23p1

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

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

լատին․՝ aluminium-ը գալիս է նույն լատիներեն լատին․՝ 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

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

${\mathsf {2Al_{2}O_{3}\rightarrow 4Al+3O_{2}}}$

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

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

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.

${\mathsf {4Al+3O_{2}\rightarrow 2Al_{2}O_{3}}}$

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.

${\mathsf {2Al+3H_{2}SO_{4}\rightarrow Al_{2}(SO_{4})_{3}+3H_{2}}}$

${\mathsf {2Al+6HCl\rightarrow 2AlCl_{3}+3H_{2}}}$

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

${\mathsf {2Al+2NaOH+2H_{2}O\rightarrow 2NaAlO_{2}+3H_{2}}}$

Գոյացող աղը ջրային միջավայրում հանդես է գալիս հիդրատացված ձևով։

Հալոգենների հետ (բացի ֆտորից) 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՝

${\mathsf {2Al+6H_{2}O\rightarrow Al(OH)_{3}+3H_{2}}}$

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.

${\mathsf {2Al+3S\rightarrow Al_{2}S_{3}}}$

• Ազոտի հետ, առաջացնելով ալյումինի նիտրիդ.

${\mathsf {2Al+N_{2}\rightarrow 2AlN}}$

• ածխածնի հետ, առաջացնելով ալյումինի կարբիդ.

${\mathsf {4Al+3C\rightarrow Al_{4}C_{3}}}$

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

${\mathsf {8Al+15H_{2}SO_{4}\rightarrow 4Al_{2}(SO_{4})_{3}+3H_{2}S+12H_{2}O}}$

${\mathsf {Al+6HNO_{3}\rightarrow Al(NO_{3})_{3}+3NO_{2}+3H_{2}O}}$

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

Բնության մեջ

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։

Արտադրություն և շուկա

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

Ալյումինի արտադրությունը

1. (2007 թվականին արտադրվել է 12,60 միլիոն տ, իսկ 2008՝ 13,50 միլիոն տ)
2. (3,96/4,20)
3. (3,09/3,10)
4. (2,55/2,64)
5. (1,96/1,96)
6. (1,66/1,66)
7. (1,22/1,30)
8. (1,30/1,10)
9. (0,89/0,92)
10. (0,87/0,87)
11. (0,90/0,85)
12. (0,40/0,79)
13. (0,55/0,59)
14. (0,61/0,55)
15. (0,56/0,55)
16. (0,42/0,42)

Կիրառություն

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 բյուրեղահիդրատ է) և օգտագործվում է արյան մակարդման համար, ինչպես նաև մուրաբաների պատրաստման և մանրաթելերի ներկման ժամանակ (մեծացնում է ներկանյութի կապը մանրաթելի հետ)։

Ալյումինը համաշխարհային մշակույթում

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

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

Վիկտոր Ցոյը երգ է գրել «Ալյումինե վարունգ» կրկներգով.

Ես տնկում եմ ալյումինե վարունգներ
Բրեզենտի դաշտում

Գրականություն

• 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

• Ալյումին Webelements

Վիքիբառարան

Ընթերցե՛ք «ալյումին» բառի բացատրությունը Հայերեն Վիքիբառարանում։

Վիքիպահեստն ունի նյութեր, որոնք վերաբերում են «Ալյումին» հոդվածին։

Այս հոդվածի կամ նրա բաժնի որոշակի հատվածի սկզբնական կամ ներկայիս տարբերակը վերցված է Քրիեյթիվ Քոմմոնս Նշում–Համանման տարածում 3.0 (Creative Commons BY-SA 3.0) ազատ թույլատրագրով թողարկված Հայկական սովետական հանրագիտարանից  (հ․ 1, էջ 184)։