Свойства алюминия

Алюминий относится к третьей группе периодической системы Д.И.Менделеева. Алюминий - легкий металл (плотность 2,7 г/см3) серебристого цвета, хорошо полируется. Полированная поверхность достаточно долго сохраняет зеркальный блеск.

Алюминий кристаллизуется в гранецентрированной кубической решетке при 20 °С. Его удельная теплоемкость и скрытая теплота плавления весьма значительны, поэтому для нагрева и расплавления алюминия требуются затраты большого количества тепла.

Электропроводность алюминия чистотой 99,997% составляет 65,5% от электропроводности меди. Примеси и легирующие элементы в той или иной степени уменьшают электропроводность алюминия. Особенно сильно повышают электросопротивление алюминия марганец, ванадий, хром и титан, мало влияют никель, кремний, цинк, железо и медь.

Алюминий - химически активный металл. Однако он легко покрывается с поверхности оксидной пленкой, которая защищает его от дальнейшего взаимодействия с окружающей средой. Окись алюминия имеет удельный объем, близкий к удельному объему алюминия, поэтому оксидная пленка плотная. Благодаря защитному действию оксидной пленки алюминий устойчив на воздухе даже в условиях чрезвычайно влажного и переменного климата. При обычных температурах алюминий не взаимодействует с водой, парами воды, СО, СО2, при достаточно высоких температурах он реагирует с ними. Энергичное взаимодействие алюминия с парами воды начинается с 500 °С и резко ускоряется при его плавлении.

Растворимость водорода в алюминии увеличивается с повышением температуры. Алюминий устойчив в тех средах, которые не разрушают защитную оксидную пленку. Так, соли не действуют на алюминий. Сернистый газ, аммиак, сероводород, содержащиеся в атмосфере промышленных районов, мало влияют на стойкость алюминия на воздухе. Алюминий обладает высокой коррозионной стойкостью в морской воде. Скорость коррозии алюминия резко возрастает в присутствии в воде примесей щелочей, солей ртути, меди, ионов хлора в атомных реакторах, а именно на его способности поглощать нейтроны. Сечение поглощения тепловых нейтронов у алюминия (0,215-10~28 м²) значительно ниже, чем у других конструкционных металлов, таких, как железо (2,43 • 10~28 м²), никель (4,5 • 10~28 м²) и медь (3,59 • 10~28 м²).

Взаимодействие алюминия с легирующими элементами и примесями

Характер взаимодействия данного металла с другими элементами обнаруживает определенную зависимость от их положения в Периодической системе Д.И.Менделеева. Более строгие условия непрерывной растворимости двух элементов, сформулированные Юм-Розери, сводятся к следующим:

1) элементы должны иметь кристаллические структуры одинакового типа;

2) атомные диаметры элементов должны отличаться не более чем на 8...15%;

3) элементы должны иметь близкие электрохимические свойства, что наблюдается при сходстве электронного строения их атомов.

Одинаковую с алюминием решетку имеют следующие металлы (по крайней мере, в одной из модификаций): Fе, Со, Na, Рd, Р1, Сu, Аg, Аu, Рb, Са, Се. Из этих элементов благоприятный размерный фактор имеют Cu, Р1. Аg и Аu, у которых атомный радиус отличается от атомного радиуса алюминия менее чем на 8%. Однако все эти металлы в Периодической системе Д.И.Менделеева находятся далеко от алюминия и имеют сильно отличительное от него электронное строение. По этой причине они не образуют с алюминием непрерывных твердых растворов.

Хотя ни в одной системе на основе алюминия нет непрерывной растворимости в твердом состоянии, ясно проявляется тенденция к более высокой растворимости в алюминии элементов, близко расположенных к нему в периодической системе Д. И. Менделеева.

С увеличением различия в физико-химических свойствах элементов, их кристаллическом строении, термодинамичесих факторах ограниченная растворимость одного металла в другом уменьшается. Когда природа металлов слишком различается, они не растворяются полностью между собой даже в расплавленном состоянии.