Отримання. Теоретична густина алюмінію обрахована за параметрами його кристалічної гратки становить 2,69872 г/см³

Густина

Теоретична густина алюмінію обрахована за параметрами його кристалічної гратки становить 2,69872 г/см³. Експериментальні дані густини для полікристалічного алюмінію 99,996% чистоти становлять 2,6989 (при 20 °C) г/см³, а для монокристалів — на 0,34% вище.

Так, густина розплавленого алюмінію чистотою 99,996% на 6,6% менше, ніж у твердого металу, і при температурі 973 К становить 2357 кг/м³ і майже лінійно знижується до 2304 кг/м³ при температурі 1173 К.

Термічне розширення

Коефіцієнт термічного розширення α відпаленого алюмінію чистотою 99,99% при температурі 293 К становить 23·10⁻⁶ і практично лінійно зростає до 37,3·10⁻⁶ К⁻¹ при температурі 900 К.

Теплопровідність

Теплопровідність повністю відпаленого алюмінію в твердому стані знижується з ростом температури від 2,37 (298 К) до 2,08 Вт·см⁻¹·К⁻¹ (933,5 К) і при температурах вище 100 К вона малочутлива до чистоти металу.

При нагріванні алюмінію і переході його з твердого стану в рідкий у нього різко зменшується теплопровідність: з 2,08 до 0,907 Вт·см⁻¹·К⁻¹, а далі з ростом температури вона збільшується і при температурі 1000 °C складає вже 1,01 Вт·см⁻¹·К⁻¹.

Електропровідність

Питомий опір алюмінію високої чистоти (99,99%) при температурі 20 °C становить 2,6548·10⁻⁸. Провідність алюмінію сильно залежить від його чистоти, причому вплив різних домішок залежить не тільки від концентрації цієї домішки, а й від того чи вона знаходиться в твердому розчині чи поза ним. Найбільш сильно підвищують опір алюмінію домішки хрому, літію, мангану,магнію, титану і ванадію. Питомий опір ρ (мкОм·м) відпаленого алюмінієвого дротика в залежності від вмісту домішок (%) можна приблизно визначити за наступною формулою:

ρ = 0,0264 + 0,007Si + 0,0007Fe + 0,04(Ti + V + Cr +Mn)

При температурі 1,175 ± 0,001 К алюміній переходить в надпровідний стан.

Питомий опір алюмінію при переході з твердого стану в рідкий стрибком зростає з 11 до 24 МкОм·см.

Плавлення і кристалізація

Температура плавлення алюмінію дуже чутлива до чистоти металу і для високочистого алюмінію (99,996%) становить 933,4 К (660,3 °C), а температура початку кристалізації алюмінію за Міжнародною шкалою температур (1968 р.) вважається рівною 660,37 °C і використовується протягом десятків років для калібрування термопар. Підвищення зовнішнього тиску збільшує температуру плавлення алюмінію, і вона досягає 700 °C при тиску близько 100 МПа.

Температура кипіння алюмінію становить приблизно 2452 °C, прихована теплота плавлення чистого алюмінію — 397 Дж·г⁻¹, а прихована теплота випаровування 9462Дж·г⁻¹.

Питома теплоємність С_р алюмінію при 0 °C становить 0,90 Дж·г⁻¹·К⁻¹, зі збільшенням температури воні зростає і визначається рівнянням:

Алюміній отримують електролізом розчину глинозему (техн. Al₂O₃) в розплавленому кріоліті Na₃[AlF₆] при 950—960 °C. Склад електроліту 75-90% за масою Na₃[AlF₆], 5-12% AlF₃, 2-10% CaF₂, 1-10% Al₂O₃, молярне відношення NaF/AlF₃ = 2,20-2,85.

Промисловий комплекс з отримання алюмінію включає виробництво глинозему з алюмінієвих руд, кріоліту та інших фторидів, вуглецевих анодних і футеровочних матеріалів і власне електролітичне отримання алюмінію.

Електроліз проводять в апаратах катодом в яких служить дно ванни, анодом — попередньо обпалені вугільні блоки або самообпалюючі електроди, поміщені в розплавлений електроліт. У розплаві відбуваються такі реакції:

Na₃[AlF₆] ↔ 3Na⁺ + 2F⁻ + AlF−4

AlF−4 ↔ F⁻ + AlF₃

AlF₃ ↔ F⁻ + AlF+2

AlF+2 ↔ F⁻ + AlF²⁺

AlF²⁺ ↔ F⁻ + Al³⁺

Al₂O₃ ↔ AlO⁺ + AlO−2, AlO−2 ↔ Al³⁺ + 2O²⁻

AlO⁺ ↔ Al³⁺ + O²⁻, Al³⁺ + 3e → Al

2O²⁻ — 4e → O₂

Дата добавления: 2015-05-24