Алюминиевая посуда: мифы и правда об использовании

Алан-э-Дейл       04.09.2022 г.

Содержание

Краткая характеристика карбида алюминия:

Карбид алюминия – неорганическое вещество желтовато-коричневого цвета, соединение алюминия и углерода.

Карбид алюминия представляет собой желтовато-коричневатые кристаллы.

Химическая формула карбида алюминия Al4C3.

Карбид алюминия имеет необычную кристаллическую структуру, которая состоит из чередующихся слоев Al2C и Al2C2.

Соединение является очень устойчивым к воздействию внешней среды. Оно имеет высокую температуру плавления – 2100 оС.

Не растворяется в воде, а вступает с ней в реакцию, разлагаясь на гидроксид алюминия и метан.

Не растворим в ацетоне.

Растворяется в расплавленном алюминии, снижая склонность алюминия к ползучести.

Карбид алюминия имеет приблизительно такую же твердость как у топаза.

Природные соединения

Минералы

Природные минералы являются химическими соединениями. Алюминий присутствует во многих минералах – более 270 видов – в комбинациях с кислородом, кремнием, щелочными и щелочноземельными металлами и фтором, а также в виде гидроксидов, сульфатов и фосфатов. Например, полевые шпаты – наиболее распространенные минералы земной коры (около 50 %) – являются алюминосиликатами . Ниже представлены важнейшие минералы алюминия из фундаментальной энциклопедии про алюминий

Важнейшие минералы алюминия

Металлический алюминий в природе

Природный металлический алюминий иногда находят как минорную фазу в условиях недостатка кислорода, например, внутри некоторых вулканов. Он также встречается в таких минералах, как берилл, криолит, гранат, шпинель и бирюза .

Драгоценные камни

Примеси в кристаллах оксида Al2O3, такие как хром или кобальт дают драгоценные камни рубин и сапфир, соответственно. Чистый оксид Al2O3 известен как корунд – один из самых твердых материалов.

Рубин

Бокситы

Хотя алюминий и является очень распространенным природным элементом, большинство алюминиевых минералов не могут быть экономически выгодными источниками этого металла. Почти весь металлический первичный алюминий производится из руды, которая называется бокситом (или бокситами) с обобщенной химической формулой (AlOx(OH)3-2x) .

Бокситы происходят в природе как продукты выветривания коренных пород с низким содержанием железа и кремния в тропических климатических условиях. Природные бокситы содержат различные гидратированные формы оксида алюминия, которые имеют различные кристаллические системы, а также различаются по степени гидратации (количеству молекул воды на одну молекулу Al2O3).

Алюминированная сталь ru.knowledgr.com

Алюминированная сталь — сталь, которая была горячим падением, покрытым с обеих сторон кремниевым алюминием сплавом. Этот процесс гарантирует, что трудная металлургическая связь между стальным листом и его алюминиевым покрытием, производя материал с уникальной комбинацией свойств не обладала ни сталью, ни одним только алюминием.

Алюминированная сталь показывает лучшее поведение против коррозии и держит свойства основной материальной стали для температуры ниже, чем.

Например, это обычно используется для теплообменников в жилых печах, коммерческая крыша единицы HVAC, автомобильные кашне, духовки, кухонные диапазоны, водонагреватели, камины, горелки барбекю и формы для пирога.

Особенности определены точными металлами, используемыми, а также используемый процесс.

Типы

Тип 1: горячее падение, покрытое тонким слоем алюминия / кремниевый сплав, содержащий 5% к 11%-му кремнию, чтобы продвинуть лучшую приверженность. Это предназначено преимущественно для тепловых приложений сопротивления и также для использования, где устойчивость к коррозии и высокая температура включены.

Возможное использование конца — кашне, печи, духовки, диапазоны, нагреватели, водонагреватели, камины и формы для пирога. Алюминированная сталь не может противостоять с почти никаким изменением в основном материале. Но из-за кремниевого содержания это развивает гиблое место.

Алюминированная сталь медленно начинала преобразовывать подносы пекарни, которые были ранее сделаны гальванизированной или galvalume сталью, поскольку это не содержит свинца, который ядовит. Тип 1 также обычно находится в промышленных изделиях.

Тип 2: горячее падение покрыто коммерчески чистым алюминием. Это предназначено преимущественно для заявлений, требующих атмосферной устойчивости к коррозии. Тип 2 может в конечном счете быть произведен в рифленую кровлю и запасной путь, мусорные ведра зерна, суша духовки и конденсатор кондиционера housings.

Свойства

Базовая структура алюминированной стали — тонкий алюминиевый слой окиси снаружи, затем межметаллический слой, который является соединением алюминия, кремния, и стали, и наконец стального ядра.

И Тип 1 и Тип 2 показывают превосходные высокие reflectivity особенности. При температурах до алюминированная сталь отражает до 80% высокой температуры, спроектированной на него. У алюминированной стали есть способность поддержать ее силу при температурах до. Хотя нержавеющая сталь — более сильные из этих двух, алюминированная сталь имеет большую электростатическую поверхность и может поэтому отразить высокую температуру лучше.

Алюминированная сталь очень стойкая к коррозии из-за тонких слоев алюминия и кремния, которые препятствуют основной стали окисляться.

Однако несмотря на хорошую устойчивость к коррозии алюминированной стали, если алюминиевый слой разрушен и сталь выставлена, то сталь может окислиться, и коррозия может произойти.

Потребление

В Северной Америке почти 700 000 тонн алюминированной стали ежегодно потребляются. Некоторые общие продукты, сделанные из алюминированной стали, включают водонагреватели, диапазоны, печи, отопительные приборы и грили.

Обработка

Алюминированная сталь может быть сделана, используя множество процессов, оболочки, горячего погружения, гальванического покрытия, металлизирования и алитирования, но самый эффективный процесс — горячее погружение. Процесс горячих запусков погружения, чистя сталь, затем помещая сталь в ванну Аль-11%си при температуре 988K и встряхиваемый, затем вытащенный и воздух высох.

Алюминий распространяется в сталь, создавая межметаллический слой выше стального базового слоя, но ниже внешнего алюминиевого покрытия. Алюминиевое покрытие окислено, чтобы помочь защитить внутреннюю сталь от коррозии и дальнейшего алюминиевого распространения. Кремний добавлен к алюминиевой ванне, чтобы создать более тонкий слой алюминия на стали.

Горячий процесс погружения более дешевый и более эффективный, чтобы произвести алюминированную сталь, чем какой-либо другой процесс.

Использование

Алюминированная сталь была развита для обеспечения большей структурной длительности и силы высокой выработки в очень коррозийной окружающей среде.

Алюминированная сталь поддерживает силу высокой легированной стали, но в доле расходов.

Алюминированная сталь более дешевая, чтобы произвести, чем высокие легированные стали и таким образом является предпочтительным материалом для производственных систем выхлопного газа автомобиля и мотоцикла.

Средства защиты

Домашний мастер, решивший в домашних условиях выполнять плавление алюминия должен отдавать себе отчет в том, что это довольно опасный процесс. И поэтому без применения средств защиты не обойтись. В частности, должны быть использованы перчатки, фартук, очки. Дело в том, что температура расплава лежит в пределах 600 градусов. Поэтому имеет смысл использовать средства защиты, которые применяют сварщики.

Использование средств защиты при плавке алюминия

Кстати, при плавлении алюминия и использовании очищающих химикатов необходимо защищать органы дыхания от продуктов их сгорания.

Взаимодействие алюминия с простыми веществами

с кислородом

При контакте абсолютно чистого алюминия с воздухом атомы алюминия, находящиеся в поверхностном слое, мгновенно взаимодействуют с кислородом воздуха и образуют тончайшую, толщиной в несколько десятков атомарных слоев, прочную оксидную пленку состава Al2O3, которая защищает алюминий от дальнейшего окисления. Невозможно и окисление крупных образцов алюминия даже при очень высоких температурах. Тем не менее, мелкодисперсный порошок алюминия довольно легко сгорает в пламени горелки:

4Аl + 3О2 = 2Аl2О3

с галогенами

Алюминий очень энергично реагирует со всеми галогенами. Так, реакция между перемешанными порошками алюминия и йода протекает уже при комнатной температуре после добавления капли воды в качестве катализатора. Уравнение взаимодействия йода с алюминием:

2Al + 3I2 =2AlI3

С бромом, представляющим собой тёмно-бурую жидкость, алюминий также реагирует без нагревания. Образец алюминия достаточно просто внести в жидкий бром: тут же начинается бурная реакция с выделением большого количества тепла и света:

2Al + 3Br2 = 2AlBr3

Реакция между алюминием и хлором протекает при внесении нагретой алюминиевой фольги или мелкодисперсного порошка алюминия в заполненную хлором колбу. Алюминий эффектно сгорает в хлоре в соответствии с уравнением:

2Al + 3Cl2 = 2AlCl3

с серой

При нагревании до 150-200 оС или после поджигания смеси порошкообразных алюминия и серы между ними начинается интенсивная экзотермическая реакция с выделением света:

— сульфид алюминия

При взаимодействии алюминия с азотом при температуре около 800 oC образуется нитрид алюминия:

с углеродом

При температуре около 2000oC алюминий взаимодействует с углеродом и образует карбид (метанид) алюминия, содержащий углерод в степени окисления -4, как в метане.

Обычная бумага

Один из самых простых способов определения отличия между алюминием и нержавейкой. Для эксперимента понадобится лист обычной бумаги. Это обязательно должна быть бумага белого цвета. Подойдет та, которая используется для принтерной печати. Чем плотнее она будет, тем лучше для дела.

Суть эксперимента в следующем. Для начала необходимо очистить кромку исследуемого изделия от грязи, жира, масел и прочих налетов. Далее этим местом нужно поводить по листу белой бумаги. Усилие нажатия при этом должно быть как можно более сильным. Выводы сделать очень просто. Нержавейка на белом листе не оставит никаких следов, тогда как от алюминия проявятся тонкие полосы серого цвета.

Получение карбида алюминия:

Карбид алюминия получается в результате следующих химических реакций:

  1. 1. взаимодействия алюминия и углерода:

4Al + 3C → Al4C3 (t = 1500-1700 оС).

Реакция протекает путем сплавления алюминия с углеродом в дуговой печи.

  1. 2. взаимодействия оксида алюминия и углерода:

2Al2O3 + 9C → Al4C3 + 6CO (t = 1800 оС).

  1. 3. взаимодействия карбида кремния с углеродом:

4Al + 3SiC → Al4C3 + 3Si.

Небольшие количества карбида алюминия также образуются в качестве примеси при получении технического карбида кальция. Кроме того, при электролитическом производстве алюминия карбид алюминия образуется как продукт коррозии графитовых электродов.

Токсичность

Несмотря на широкую распространённость в природе, ни одно живое существо не использует алюминий в метаболизме — это «мёртвый» металл. Отличается незначительным токсическим действием, но многие растворимые в воде неорганические соединения алюминия сохраняются в растворённом состоянии длительное время и могут оказывать вредное воздействие на человека и теплокровных животных через питьевую воду. Наиболее ядовиты хлориды, нитраты, ацетаты, сульфаты и др. Для человека токсическое действие при попадании внутрь оказывают следующие дозы соединений алюминия (мг/кг массы тела):

  • ацетат алюминия — 0,2—0,4;
  • гидроксид алюминия — 3,7—7,3;
  • алюминиевые квасцы — 2,9.

В первую очередь действует на нервную систему (накапливается в нервной ткани, приводя к тяжёлым расстройствам функции ЦНС). Однако свойство нейротоксичности алюминия стали изучать с середины 1960-х годов, так как накоплению металла в организме человека препятствует механизм его выведения. В обычных условиях с мочой может выделяться до 15 мг элемента в сутки. Соответственно, наибольший негативный эффект наблюдается у людей с нарушенной выделительной функцией почек.

Норматив содержания алюминия в воде хозяйственно-питьевого использования в России составляет 0,2 мг/л. При этом данная ПДК может быть увеличена до 0,5 мг/л главным государственным санитарным врачом по соответствующей территории для конкретной системы водоснабжения.

По некоторым биологическим исследованиям, поступление алюминия в организм человека было сочтено фактором в развитии болезни Альцгеймера, но эти исследования были позже раскритикованы, и вывод о связи одного с другим опровергался.

Соединения алюминия также, возможно, стимулируют рак молочной железы при применении антиперспирантов на основе хлорида алюминия. Но научных данных, подтверждающих это меньше, чем противоположных.

В ряде источников, авторство которых не указывается, содержатся утверждения о том, что алюминий якобы способен замещать кальций в костной ткани. Это противоречит научным данным, поскольку в электрохимическом ряду активности металлов алюминий стоит правее кальция — то есть, является менее химически активным металлом.

Нахождение в природе

Распространённость

По распространённости в земной коре занимает 1-е место среди металлов и 3-е место среди элементов, уступая только кислороду и кремнию. Массовая концентрация алюминия в земной коре, по данным различных исследователей, оценивается от 7,45 до 8,14 %.

Природные соединения алюминия

В природе алюминий, в связи с высокой химической активностью, встречается почти исключительно в виде соединений. Некоторые из природных минералов алюминия:

  • Бокситы — Al2O3 · H2O (с примесями SiO2, Fe2O3, CaCO3)
  • Нефелины — KNa3[AlSiO4]4
  • Алуниты — (Na,K)2SO4·Al2(SO4)3·4Al(OH)3
  • Глинозёмы (смеси каолинов с песком SiO2, известняком CaCO3, магнезитом MgCO3)
  • Корунд (сапфир, рубин, наждак) — Al2O3
  • Полевые шпаты — (K,Na)2O·Al2O3·6SiO2, Ca[Al2Si2O8]
  • Каолинит — Al2O3·2SiO2 · 2H2O
  • Берилл (изумруд, аквамарин) — 3ВеО · Al2О3 · 6SiO2
  • Хризоберилл (александрит) — BeAl2O4.

Тем не менее, в некоторых специфических восстановительных условиях (жерла вулканов) найдены ничтожные количества самородного металлического алюминия.

В природных водах алюминий содержится в виде малотоксичных химических соединений, например, фторида алюминия. Вид катиона или аниона зависит, в первую очередь, от кислотности водной среды. Концентрации алюминия в водоёмах России колеблются от 0,001 до 10 мг/л. В морской воде его концентрация 0,01 мг/л.

Изотопы алюминия

Основная статья: Изотопы алюминия

Природный алюминий состоит практически полностью из единственного стабильного изотопа 27Al с ничтожными следами 26Al, наиболее долгоживущего радиоактивного изотопа с периодом полураспада 720 тыс. лет, образующегося в атмосфере при расщеплении ядер аргона 40Arпротонами космических лучей с высокими энергиями.

Химические свойства металлов

Металлы легко отдают электроны, т. е. являются восстановителями. Поэтому они легко реагируют с окислителями.

Вопросы

  1. Какие атомы являются окислителями?
  2. Как называются простые вещества, состоящие из атомов, которые способны принимать электроны?

Таким образом, металлы реагируют с неметаллами. В таких реакциях неметаллы, принимая электроны, приобретают обычно НИЗШУЮ степень окисления.

Рассмотрим пример. Пусть алюминий реагирует с серой:

Вопрос. Какой из этих химических элементов способен только отдавать электроны? Сколько электронов?

Алюминий — металл, имеющий на внешнем уровне 3 электрона (III группа!), поэтому он отдаёт 3 электрона:

Поскольку атом алюминия отдает электроны, атом серы принимает их.

Вопрос. Сколько электронов может принять атом серы до завершения внешнего уровня? Почему?

У атома серы на внешнем уровне 6 электронов (VI группа!), следовательно, этот атом принимает 2 электрона:

Таким образом, полученное соединение имеет состав:

В результате получаем уравнение реакции:

Задание 8.5. Составьте, рассуждая аналогично, уравнения реакций:

  • кальций + хлор (Cl2);
  • магний + азот (N2).

Составляя уравнения реакций, помните, что атом металла отдаёт все внешние электроны, а атом неметалла принимает столько электронов, сколько их не хватает до восьми.

Названия полученных в таких реакциях соединений всегда содержат суффикс ИД:

Корень слова в названии происходит от латинского названия неметалла (см. урок 2.4).

Металлы реагируют с растворами кислот (см. урок 2.2). При составлении уравнений подобных реакций и при определении возможности такой реакции следует пользоваться рядом напряжений (рядом активности) металлов:

Металлы, стоящие в этом ряду до водорода, способны вытеснять водород из растворов кислот:

Задание 8.6. Составьте уравнения возможных реакций:

  • магний + серная кислота;
  • никель + соляная кислота;
  • ртуть + соляная кислота.

Все эти металлы в полученных соединениях двухвалентны.

Реакция металла с кислотой возможна, если в результате её получается растворимая соль. Например, магний практически не реагирует с фосфорной кислотой, поскольку его поверхность быстро покрывается слоем нерастворимого фосфата:

Металлы, стоящие после водорода, могут реагировать с некоторыми кислотами, но водород в этих реакциях не выделяется:

Задание 8.7. Какой из металлов — Ва, Mg, Fе, Рb, Сu — может реагировать с раствором серной кислоты? Почему? Составьте уравнения возможных реакций.

Металлы реагируют с водой, если они активнее железа (железо также может реагировать с водой). При этом очень активные металлы (Li – Al) реагируют с водой при нормальных условиях или при небольшом нагревании по схеме:

где х — валентность металла.

Задание 8.8. Составьте уравнения реакций по этой схеме для К, Nа, Са. Какие ещё металлы могут реагировать с водой подобным образом?

Возникает вопрос: почему алюминий практически не реагирует с водой? Действительно, мы кипятим воду в алюминиевой посуде, — и… ничего! Дело, в том, что поверхность алюминия защищена оксидной пленкой (условно — Al2O3). Если её разрушить, то начнётся реакция алюминия с водой, причём довольно активная. Полезно знать, что эту плёнку разрушают ионы хлора Cl–. А поскольку ионы алюминия небезопасны для здоровья, следует выполнять правило: в алюминиевой посуде нельзя хранить сильно солёные продукты!

Вопрос. Можно ли хранить в алюминиевой посуде кислые щи, компот?

Менее активные металлы, которые стоят в ряду напряжений после алюминия, реагируют с водой в сильно измельчённом состоянии и при сильном нагревании (выше 100 °C) по схеме:

Металлы, менее активные, чем железо, с водой не реагируют!

Металлы реагируют с растворами солей. При этом более активные металлы вытесняют менее активный металл из раствора его соли:

Задание 8.9. Какие из следующих реакций возможны и почему:

  1. серебро + нитрат меди II;
  2. никель + нитрат свинца II;
  3. медь + нитрат ртути II;
  4. цинк + нитрат никеля II.

Составьте уравнения возможных реакций. Для невозможных поясните, почему они невозможны.

Следует отметить (!), что очень активные металлы, которые при нормальных условиях реагируют с водой, не вытесняют другие металлы из растворов их солей, поскольку они реагируют с водой, а не с солью:

А затем полученная щёлочь реагирует с солью:

Поэтому реакция между сульфатом железа и натрием НЕ сопровождается вытеснением менее активного металла:

Некоторые свойства

Механические свойства

Технология изготовления алюминиевого изделия определяет не только его форму, но также и микроструктуру его материала. В свою очередь, микроструктура определяет  свойства изделия.

Некоторые свойства алюминия незначительно зависят от химического состава и технологии изготовления. Примерами таких характеристик являются:

  • модуль Юнга (70 ГПа),
  • плотность (2700 кг/м3) и
  • коэффициент линейного термического расширения (24×10-6 м/(м·К).

Большинство других свойств очень чувствительны к микроструктуре материала и химическому составу. Эти свойства естественным образом делятся на четыре категории:

  • прочность, пластичность и формуемость – объемные свойства;
  • усталостная прочность и вязкость разрушения – локальные свойства;
  • стойкость к высоким температурам и сопротивление ползучести – термомеханические свойства;
  • коррозионная стойкость, сопротивление износу и качество поверхности – поверхностные свойства.

Химический состав сплава, способ формования изделия (литье, горячая прокатка, холодная прокатка, прессование, ковка) и термическая обработка все вместе определяют микроструктуру, а от микроструктуры, в свою очередь, зависят указанные выше свойства.

Конструктор алюминиевого изделия или детали должен быть знаком с закономерностями этих зависимостей. Он должен рассматривать микроструктуру материала изделия как важную часть проектирования. Это даст ему возможность «заказывать» у металлургов самый подходящий алюминиевый сплав с оптимальной микроструктурой.

Таблица 1 – Плотность и модуль упругости различных промышленных металлов

Таблица 2 – Сравнение физических свойств деформируемых алюминиевых сплавов
с соответствующими свойствами чистого алюминия 99,99 %
(в квадратных скобках – цифровые обозначения сплавов)

Температура плавления

Температура плавления алюминия очень чувствительна к его чистоте. Температура плавления сверхчистого алюминия 99,996 % составляет 660,37 °С. При содержании алюминия 99,5 %  плавление начинается при температуре 657 °С, а при содержании алюминия 99,0 % — при 643 °С.

Коррозия алюминия

Алюминий сопротивляется коррозии в виде постоянного окисления, которое у сталей называют ржавлением. Свежая алюминиевая поверхности мгновенно реагирует с кислородом и образует алюминиевом изделии прочную инертную пленку толщиной всего в несколько нанометров. Эта пленка блокирует дальнейшее окисление алюминия. Кроме того, в отличие от слоя ржавчины на стали, эта пленка не отслаивается хлопьями с обнажением свежей поверхности для окисления. Напротив, любая царапина на алюминий мгновенно залечивается сама собой.

Лечение

Специфическим антидотом, который улучшает состояние здоровья пациента при алюминиевом отравлении, является дефероксамин. Этот препарат применяется для лечения так называемой диализной энцефалопатии и остеомаляции, или размягчения костной ткани. У пациентов с алюминиевой интоксикацией рекомендуется применять дефероксамин только в тех случаях, если концентрация алюминия в плазме крови превысило 200 мкг на миллилитр. Этот препарат не продаётся в аптеках, и приобрести его нельзя, он встречается в центрах гемодиализа, где установлены аппараты «искусственная почка».

Дефероксамин

Лечение отравления алюминием также предусматривает симптоматическую терапию: борьбу с бронхоспазмом, дыхание кислородом, купирование судорожного синдрома, применение витаминов группы B для лечения энцефалопатии, использование специальных препаратов для купирования экстрапирамидных нарушений.

В заключение можно сказать, что польза и вред алюминия для человека очевидны. Поэтому необходимо помнить, что алюминиевую интоксикацию гораздо проще предупредить, чем лечить ее. Этот металл встречается и в промышленности, и в быту очень широко, и каждый человек может принять соответствующие меры для уменьшения своего контакта с этим нужным и таким коварным металлом.

Ниже предлагаем посмотреть несколько интересных видео о вреде алюминия:

Свойства

Металлы

Чистая (99,97% +) железная стружка, электролитически очищенная , с кубиком 1 см 3 высокой чистоты (99,9999% = 6N)

Металлы выглядят блестящими (под любой патиной ); образуют смеси ( сплавы ) при соединении с другими металлами; имеют тенденцию терять или делиться электронами, когда реагируют с другими веществами; и каждый образует по крайней мере один преимущественно основной оксид.

Большинство металлов имеют серебристый вид, имеют высокую плотность, относительно мягкие и легко деформируемые твердые тела с хорошей электрической и теплопроводностью , плотноупакованными структурами , низкими энергиями ионизации и электроотрицательностями и естественным образом находятся в комбинированных состояниях.

Некоторые металлы кажутся окрашенными ( Cu , Cs , Au ), имеют низкую плотность (например, Be , Al ) или очень высокую температуру плавления (например, W , Nb ), являются жидкостями при комнатной температуре или близкой к ней (например, Hg , Ga ), хрупкими ( например, Os , Bi ), нелегко обрабатывать (например, Ti , Re ), или они благородны (трудно окисляются , например, Au , Pt ), или имеют неметаллическую структуру ( Mn и Ga структурно аналогичны, соответственно, белым P и I ).

Металлы составляют подавляющее большинство элементов и могут быть подразделены на несколько различных категорий. Слева направо в периодической таблице эти категории включают высокореактивные щелочные металлы ; менее реактивные щелочноземельные металлы , лантаноиды и радиоактивные актиниды ; архетипические переходные металлы и физически и химически слабые постпереходные металлы . Также существуют специализированные подкатегории, такие как тугоплавкие и благородные металлы .

Металлоиды

Теллур , описанный Дмитрием Менделеевым как переходное звено между металлами и неметаллами.

Металлоиды — это хрупкие твердые тела на металлический вид; имеют тенденцию делиться электронами, когда реагируют с другими веществами; имеют слабокислые или амфотерные оксиды; и обычно встречаются естественным образом в комбинированных состояниях.

Большинство из них являются полупроводниками и умеренными теплопроводниками, а их структуры более открыты, чем у большинства металлов.

Некоторые металлоиды ( As , Sb ) проводят электричество подобно металлам.

Металлоиды, как самая маленькая основная категория элементов, далее не подразделяются).

Неметаллы

25 мл брома , темно-красно-коричневая жидкость при комнатной температуре

Неметаллы имеют открытую структуру (если они не затвердевают из газообразной или жидкой формы); имеют тенденцию приобретать или делиться электронами, когда реагируют с другими веществами; и не образуют четко основных оксидов.

Большинство из них — это газы при комнатной температуре; имеют относительно низкую плотность; плохие электрические и тепловые проводники; имеют относительно высокие энергии ионизации и электроотрицательность; образуют кислые оксиды; и встречаются в больших количествах в естественных условиях в несомбинированном состоянии.

Некоторые неметаллы ( C , черный P , S и Se ) являются хрупкими твердыми телами при комнатной температуре (хотя каждый из них также имеет податливые, пластичные или пластичные аллотропы).

В периодической таблице слева направо неметаллы можно разделить на химически активные неметаллы и благородные газы. Реакционноспособные неметаллы рядом с металлоидами проявляют некоторый зарождающийся металлический характер, такой как металлический вид графита, черного фосфора, селена и йода. Благородные газы почти полностью инертны.

Космическая техника

Первым, кто понял огромный потенциал алюминия для космоса, был великий писатель-писатель Жюль Верн. В своем романе «Путешествие на Луну» от еще в 1865 году детально описал ракету из алюминия.

Алюминиевые сплавы для космических аппаратов

Корпус первого советского спутника, который был запущен в октябре 1957 года, был изготовлен из алюминиево-магниевого сплава АМг6 с содержанием магния 6 %. Алюминиево-магниевые сплавы остаются основным материалом для изготовления корпусов ракет. Во внутренних отсеках ракет применяются и дюралевые алюминиевые сплавы.


Первый искусственный космический объект – советский Спутник 1

В последние десятилетия 20-го века в космических аппаратах стали применяться алюминиево-литиевые сплавы. Плотность лития составляет всего 0,533 г/см3 – он легче воды. Добавки лития в алюминий в количестве до 2,5 % снижают плотность алюминиевого сплава , а также повышают его модуль упругости. Так, сплав 8090 имеет плотность на 10 % ниже, а модуль упругости на 11 % выше, чем у популярных в самолетостроении сплавов 2024 и 2014. На рисунке ниже показано колесо марсохода Curiosity из алюминиевого сплава 7075. 

Колесо  марсохода Curiosity из алюминиевого сплава 7075-Т7351

Алюминий применяется также в качестве связующего материала в бороалюминиевых композитах, которые в настоящее время также применяются в космической технике.


Бороалюминиевый композит (40 % волокон бора)

Порошковый алюминий – компонент ракетного топлива

Высокая химическая активность алюминия дает возможность применять его в составе ракетного топлива для твердотопливных ускорителей в разрабатываемой NASA системе космических запусков (SLS).

В ракетных ускорителях алюминиевый порошок и перхлорат аммиака соединяются вместе с помощью специального связующего вещества. Эта смесь, похожая на материал стирательной резинки, помещается затем в стальной корпус .

Когда эта смесь загорается, кислород из перхлората аммиака соединяется с алюминием с образованием оксида алюминия, хлорида алюминия, водяного пара и газообразного азота, а также с выделением огромного количества энергии.

Алюминий входит в состав твердого топлива для ракетных ускорителей NASA

ПРОИСХОЖДЕНИЕ

Аллюминий, агрегированный с коркой байерита на поверхности. Узбекистан, Навойская область, Учкудук

Вследствие высокой химической активности он не встречается в чистом виде, а лишь в составе различных соединений. Так, например, известно множество руд, минералов, горных пород, в состав которых входит алюминий. Однако добывается он только из бокситов, содержание которых в природе не слишком велико. Самые распространенные вещества, содержащие рассматриваемый металл: полевые шпаты; бокситы; граниты; кремнезем; алюмосиликаты; базальты и прочие. В небольшом количестве алюминий обязательно входит в состав клеток живых организмов. Некоторые виды плаунов и морских обитателей способны накапливать этот элемент внутри своего организма в течение жизни.

Коррозия металлов

Коррозия — самопроизвольный процесс окисления металла под действием факторов окружающей среды.

В природе практически не встречается металлов в свободном виде. Исключение составляют только «благородные», самые неактивные металлы, например золото, платина. Все остальные активно окисляются под действием кислорода, воды, кислот и др. Например, ржавчина образуется на любом незащищённом железном изделии именно в присутствии кислорода или воды. При этом окисляется железо:

а восстанавливаются компоненты атмосферной влаги:

В результате образуется гидроксид железа (II), который, окисляясь, превращается в ржавчину:

Подвергаться коррозии могут и другие металлы, правда, ржавчина на их поверхности не образуется. Так, нет на Земле металла алюминия — самого распространённого металла на планете. Но зато основу многих горных пород и почвы составляет глинозём Al2O3. Дело в том, что алюминий мгновенно окисляется на воздухе. Коррозия металлов наносит колоссальный ущерб, разрушая различные металлические конструкции.

Чтобы уменьшить потери от коррозии, следует устранить причины, которые её вызывают. В первую очередь, металлические предметы следует изолировать от влаги. Это можно сделать разными способами, например, хранить изделие в сухом месте, что далеко не всегда возможно. Кроме того, можно поверхность предмета покрасить, смазать водоотталкивающим составом, создать искусственную оксидную плёнку. В последнем случае в состав сплава вводят хром, который «любезно» распространяет собственную оксидную плёнку на поверхность всего металла. Сталь становится нержавеющей.

Изделия из нержавеющей стали дороги. Поэтому для защиты от коррозии используют тот факт, что менее активный металл не изменяется, т. е. не участвует в процессе. Поэтому если к сохраняемому изделию приварить более активный металл, то, пока он не разрушится, изделие корродировать не будет. Этот способ защиты называется протекторной защитой.

Алюминиевая продукция

Виды продукции

Алюминий и его сплавы могут отливаться или формоваться в готовые изделия и полуфабрикаты практически любым из всех известных технологических процессов, применяемых для металлов. По их форме изделия делят на стандартные и «по чертежам заказчика».

Первые включают алюминиевые листы, плиты, фольгу, прутки, проволоку, трубы и конструкционные профили (уголки, тавры, двутавры и тому подобное).

Изделия «по чертежам заказчика» (по-английски их называют «engineered products») разрабатываются для какого-то специального применения и включают прессованные профили, поковки, отливки, а также в значительно меньших количествах изделия порошковой металлургии, ударного прессования и других. Около половины из них приходится на листы, плиты и фольгу, около 20 % — на прессованные профили и трубы.

Экструзия алюминия

Экструзия (или, более официально, по-русски и привычно, «прессование») алюминия и его сплавов — это процесс пластического деформирования, при котором заготовку, обычно часть круглого слитка («столба»), продавливают или выдавливают через одно или несколько отверстий матрицы – специального прессового инструмента.  Для этого применяют специальное оборудование – экструзионные прессы, как правило, гидравлические, которые обеспечивают на штоке (пресс-штемпеле, пуансоне), который непосредственно «давит, прессует» заготовку, усилие от 500 до 4000 тонн, а иногда и больше, в зависимости от назначения и производительности пресса.

Алюминиевые отливки

Алюминиевые отливки обычно производят следующими методами:

  • литье под давлением;
  • литье в постоянные формы (литье в кокили);
  • литье в песчаные формы;
  • литье в гипсовые формы;
  • литье в расплавляемые формы.

Эти процессы включают различные варианты и разновидности, такие как вакуумные технологии, литье под низким давлением, центробежное литье.


Рисунок 8 – Литье алюминиевых колесных дисков

Алюминиевые поковки

Алюминиевые поковки производят созданием пластического течения металла путем приложения к нем кинетических, механических или гидравлических усилий в открытой или закрытой матрице. Поковки, выполняемые вручную, имеют простые геометрические формы – прямоугольники, цилиндры, диски. Более сложные формы куют в закрытых формах

Гость форума
От: admin

Эта тема закрыта для публикации ответов.