Alumiinium

Allikas: Vikipeedia
Alumiinium
Üldised omadused
Keemiline valem Al
Välimus Hõbehall, tahkis
Füüsikalised omadused
Molekuli mass 26.98 amü
Sulamistemperatuur 933,15 K (660 °C)
Keemistemperatuur 2 792,15 K (2519 °C)
Tihedus 2700 kg/m³
Kasutatakse SI-süsteemi ühikuid. Kui pole teisiti öeldud, eeldatakse normaaltingimusi.
13




3
8
2
Al
26,9815
Alumiinium


Alumiinium on keemiline element järjenumbriga 13, hõbevalge, pehme, plastne metall.

Alumiinium on kolmas kõige levinum element (hapniku ja räni järel) ja kõige levinum metalne element maakoores (8,3% massist).

Alumiinium on keemiliselt sedavõrd aktiivne, et seda ei praktiliselt ei leidu puhtal kujul. Siiski leidub seda umbes 270 erinevas mineraalis.[1] Põhiliseks alumiiniumi maagiks on boksiit.

Alumiiniumil on üks stabiilne looduslik isotoop massiarvuga 27. Radioaktiivne isotoop massiarvuga 26 tekib looduses kosmiliste kiirte mõjul.

Alumiiniumil on metalli kohta märkimisväärselt madal tihedus ja hea vastupidavus korrosioonile. Alumiinium ja selle sulamid omavad väga olulist rolli lennunduses ja muudes transpordi sektorites. Kõige kasulikumad alumiiniumi ühendid ,vähemalt kaalu poolest on oksiidid ja sulfaadid.

Vaatamata alumiiniumi suurele levikule looduses, ei ole teada ühtegi eluvormi mis tarbiks alumiiniumi soolasid. Tänu oma suurele levikule on alumiiniumiühendite bioloogiline kasulikus siiani teadlaste huviobjektiks.[2]

Omadused[muuda | redigeeri lähteteksti]

Füüsikalised[muuda | redigeeri lähteteksti]

Alumiinium on suhteliselt pehme, vastupidav, kerge, plastne ja hästi sepistatav metall, mille värvus varieerub hõbedasest mattja hallini, olenevalt pinna karedusest. Alumiinium ei ole magneetiline ning süttib raskelt.

Puhas alumiinium on suhteliselt hea nähtava valguse ning ülihea infrapunakiirguse peegeldaja.

Puhta alumiiniumi voolavuspiir on 7–11 MPa ning sulamite oma 200–600 MPa.[3] Alumiiniumi tihedus ja jäikus on umbes 1/3 terase omast ning see on kergesti pressitav, valatav ja freesitav.

Alumiinium on väga hea soojuse ja elektrijuht, omades 59% vase soojuse- ja elektrijuhtivus võimest, 3 korda väiksema tiheduse juures. Alumiinium on suuteline olema ülijuht.[4]

Keemilised[muuda | redigeeri lähteteksti]

Alumiiniumil on ülihea vastupidavus korrosioonile kuna oksüdeerumisel tekib õhuke, pindmine alumiiniumoksiidi kiht mis takistab edasist oksüdeerumist. Kõrge tugevusega alumiiniumi sulamid on korrosioonile rohkem vastuvõtlikumad

Tänu oma korrosioonikaitsele on alumiinium üks väheseid metalle mis säilitab oma hõbedase läike pulbrina. Selle pärast on alumiinium oluline komponent hõbedastes värvides.

Alumiiniumi reageerimisel veega on võimalik toota vesinikku.[5]

2 Al + 3 H2O → Al2O3 + 3 H2

Isotoobid[muuda | redigeeri lähteteksti]

Alumiiniumil on mitmeid isotoope mille massiarvud on 21 st 42 ni. Ainult Al27(stabiilne) ning Al26(radioaktiivne) esinevad looduslikult. 99,9% looduses leiduva alumiiniumi puhul on tegemist al27 isotoobiga. Al26 on Alumiiniumi isotoobid omavad praktilist kasutust nt ookeanisetete, meteoriitide ja jääliustike dateerimises.

Levik looduses[muuda | redigeeri lähteteksti]

Stabiilne alumiinium tekib suurel kiirusel vesiniku liitumisel magneesiumiga suurtes tähtedes või supernoovades. [6]

Alumiinium on kolmas kõige levinum element (hapniku ja räni järel) ja kõige levinum metallne element maakoores (8,3% massist). [7] Siiski ei leidu alumiiniumit peaaegu mitte kunagi puhta elemendina, vaid enamasti oksiidi või silikaadina.

Lisaks leidub Alumiiniumi ,berüllis ,krüoliidis ,granaadis ja türkiisis. Kroomi või Raua lisanditega a Al2O3 saagiseks on vastavalt vääriskivid rubiin ja safiir.

Kuigi alumiinium on väga tavaline ja laialtlevinud element, ei ole tavalised alumiiniumi mineraalid eriti otstarbekad allikad.

Praktiliselt kogu alumiinium on toodetud boksiidi (AlOx(OH)3–2x) maagist. Boksiit tekib troopilise kliima tingimustes, madala raua ning räni sisaldusega aluspõhja kivimite murenemise tulemusena.[8] Suurimad boksiidi lademed esinevad Austraalias, Brasiilias, Guineas ja Jamaical ning põhilised kaevandusalad asuvad Austraalias, Brasiilias, Hiinas, Indias, Guineas, Indoneesias, Jamaical, Venemaal ja Surinames.

Kasutus[muuda | redigeeri lähteteksti]

Alumiinium on maailmas enim kasutatud mitte-raud metall.[9] 2005. aastal oli alumiiniumi globaalne toodang 31,9 miljonit tonni. See ületab kõikide metallide toodangu peale raua, mida toodeti 837,5 miljonit tonni. [10] 2012. aastal toodeti eeldatavalt 42–45 miljonit tonni alumiiniumi tulenevalt tõusvast Hiina toodangust. [11]

Alumiiniumit kasutatakse peaaegu alati sulamina, kuna see tõstab tunduvalt mehaanilisi omadusi. Näiteks enamus fooliumid ja alumiinium taara on toodetud sulamist kus alumiiniumi on 92–99%.[12] Põhilised sulami materjalid on vask, tsink, magneesium, mangaan, ja räni. [13]

Mõned paljudest alumiiniumi kasutusvaldkondadest.[muuda | redigeeri lähteteksti]

Alumiinium foolium

Üldiselt kasutatakse alumiiniumit sulamina. Puhta metallina kasutatakse seda, vaid siis kui vastupidavus korrosioonile ja töödeldavus on tähtsam kui tugevus või kõvadus.

Ühendid[muuda | redigeeri lähteteksti]

Sulfaadid[muuda | redigeeri lähteteksti]

Alumiiniumsulfaati ((Al2(SO4)3(H2O)18) toodetakse iga aasta miljardites kilogrammides. Umbes pool toodangust kasutatakse veepuhastuses. Ülejäänud kasutusalad on paberi tootmine, toidulisandid, tulekindlus tooted ja naha parkimine.

Oksiididid[muuda | redigeeri lähteteksti]

Üldine enamus alumiiniumoksiidi toodangust läheb ümbertöötlemisele alumiiniumiks. Samuti kasutatakse alumiinium oksiidi katalüsaatoritena.

Kloriidid[muuda | redigeeri lähteteksti]

Alumiiniumkloriidi (AlCl3) kasutatakse nafta rafineerimiseks ning sünteetilise kummi ja polümeeride tootmiseks.

Sulamid[muuda | redigeeri lähteteksti]

Alumiiniumi sulamid leiavad palju erinevat kasutust erinevates konstruktsioonides.

Alumiiniumi sulamite tugevus ja vastupidavus erineb palju. Erinevused ei tulene ainult koostisest, vaid ka tootmise protsessist ning kuumusest, millega neid töödeldakse. Teadmatusest tehtud vead sellel alal on viinud ajaloos valesti disainitud konstruktsioonideni ja tekitanud alumiiniumile halva maine.[viide?]

Üks põhilisi alumiiniumi sulamite puudusi on nende tugevuse väsimine. Selle määratakse alumiinium konstruktsioonidele kindel eluiga, erinevalt näiteks terasest, mis potentsiaalselt võib olla igavene.

Teine alumiiniumi puudus materjalina on selle soojustundlikus. Erinevalt terasest hakkab alumiinium sulama enne punaselt hõõgumist. Selle tõttu ei ole mingeid visuaalseid märke kui metall on sulamislähedasel temperatuuril. Nagu ka teistel metallidel, tekivad alumiiniumil kuumutamise tagajärjel sisemised pinged. Kuna alumiiniumi sulamispunkt on väga madalal, muudab see alumiiniumi töötlemise, keevitamise või valmise teel raskeks.

Mõned Alumiiniumi sulamid[muuda | redigeeri lähteteksti]

  • AlSi (silumiin): – räni 10..13%, lihtsate detailide valmistamiseks
  • AlSiCu: vastutusrikaste valandite valmistamiseks (plokk)
  • AlMg: kõrge korrosioonikindlus ja head mehh. omadused, halvem valatavus
  • AlCu: hea valatavus, madalam korrosioonikindlus
  • AlMg, AlMn, AlSi: kasutatakse ilma termotöötluseta, plastsed, korrosioonikindlad
  • AlCuMg: duralumiinium; kasutusel alates 1907.a.
  • AlZnMgCu: kõrgtugev alumiiniumi sulam (vanandatav)

Tootmine[muuda | redigeeri lähteteksti]

Alumiiniumi toodetakse tänapäeval Hall-Heroulti meetodil.

Alumiinium toodang

Selline Alumiiniumi elektrolüüsimine tarbib väga suurtes kogustes energiat. Üldine keskmine energiatarve 1kg alumiiniumi tootmiseks on 15 kilovatt-tundi. Hall-Heroult meetodil on võimalik toota alumiiniumi sisaldusega üle 99%. Edasi saab alumiiniumi puhastada Hoope protsessi läbi, kus elektrolüüsitakse sulanud alumiiniumi naatriumi, baariumi ja fluoriidi elektrolüütidega. Tulemuseks on alumiinium mis on 99,99% puhas.[18] [19]

20–40% alumiiniumi hinnast on elektri hind.

Ajalugu[muuda | redigeeri lähteteksti]

Alumiiniumit toodeti esimest korda aastal 1825, puhastamata vormis Taani füüsiku ja keemiku Hans Christian Ørstedi poolt. Ta pani reageerima veevaba alumiinium kloriidi kaaliumi sulamiga mille tulemuseks sai tina meenutava metallitüki [3] Friedrich Wöhler tegi läbi sama katse, kuid tõestas, et tulemuseks oli puhas kaalium. 1827 aastal koostas ta sarnase katse, kus segas veevaba alumiinium kloriidi kaaliumiga ning sai alumiiniumi.[20] Peale seda suutis Pierre Berthier eraldada alumiiniumi eraldada boksiidi maagist.[21]

Kasutatud kirjandus[muuda | redigeeri lähteteksti]

  1. Polmear, I. J. (1995). Light Alloys: Metallurgy of the Light Metals (3rd ed.). Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0-340-63207-9.^,
  2. Helmboldt, O. (2007). "Aluminum Compounds, Inorganic". Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. Wiley-VCH. doi:10.1002/14356007.a01_527.pub2.
  3. 3,0 3,1 [3]
  4. Cochran, J. F.; Mapother, D. E. (1958). "Superconducting Transition in Aluminum". Physical Review 111 (1): 132–142.
  5. "Reaction of Aluminum with Water to Produce Hydrogen". U.S. Department of Energy. January 1, 2008.^
  6. Cameron, A. G. W. (1957). Stellar Evolution, Nuclear Astrophysics, and Nucleogenesis (2nd ed.). Atomic Energy of Canada.
  7. Greenwood, Norman N.; Earnshaw, Alan (1997). Chemistry of the Elements (2nd ed.). Butterworth–Heinemann. p. 217. ISBN 0080379419.
  8. Guilbert, J. F. and Park, C. F. (1986). The Geology of Ore Deposits. W. H. Freeman. pp. 774–795. ISBN 0-7167-1456-6.
  9. "Aluminum". Encyclopædia Britannica. Retrieved 2012-03-06.
  10. Hetherington, L. E. (2007). World Mineral Production: 2001–2005. British Geological Survey. ISBN 978-0-85272-592-4.
  11. "Rising Chinese Costs to Support Aluminum Prices". Bloomberg News. 23 November 2009.
  12. Millberg, L. S. "Aluminum Foil". How Products are Made, Volume 1. Archived from the original on 13 July 2007. Retrieved 2007-08-11. ]
  13. Lyle, J. P.; Granger, D. A.; Sanders, R. E. (2005). "Aluminum Alloys". Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. Wiley-VCH. doi:10.1002/14356007.a01_481.
  14. "Sustainability of Aluminium in Buildings". European Aluminium Association. Retrieved 2012-03-06.
  15. "Materials in Watchmaking – From Traditional to Exotic". Watches. Infoniac.com. Retrieved 2009-06-06.
  16. "World's coinage uses 24 chemical elements, Part 1". World Coin News. 17 February 1992.
  17. "World's coinage uses 24 chemical elements, Part 2". World Coin News. 2 March 1992.
  18. Frank, W. B. (2009). "Aluminum". Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. Wiley-VCH. doi:10.1002/14356007.a01_459.pub2.^
  19. Totten, G. E.; Mackenzie, D. S. (2003). Handbook of Aluminum. Marcel Dekker. p. 40. ISBN 978-0-8247-4843-2.
  20. Wöhler, F. (1827). "Űber das Aluminium". Annalen der Physik und Chemie 11: 146–161.
  21. "Scientists born on July 3rd: Pierre Berthier". Today in Science History. Retrieved 2012-03-06.


Keemiliste elementide perioodilisussüsteem
Metallid Poolmetallid Väärisgaasid Mittemetallid Leelismetallid Leelismuldmetallid Lantanoidid Aktinoidid

Berüllium - Magneesium - Alumiinium - Skandium - Titaan - Vanaadium - Kroom - Mangaan - Raud - Koobalt - Nikkel - Vask - Tsink - Gallium - Ütrium - Tsirkoonium - Nioobium - Molübdeen - Tehneetsium - Ruteenium - Roodium - Pallaadium - Hõbe - Kaadmium - Indium - Tina - Hafnium - Tantaal - Volfram - Reenium - Osmium - Iriidium - Plaatina - Kuld - Elavhõbe - Tallium - Plii - Vismut - Poloonium - Rutherfordium - Dubnium - Seaborgium - Bohrium - Hassium - Meitneerium - Darmstadtium - Röntgeenium - Koperniitsium - Ununtrium - Fleroovium - Ununpentium