Alyuminiy

Alyuminiy — Mendeleyev kimyoviy elementlar davriy jadvalning III davr IIIA guruh elementi. Atom raqami 13. Al (lotincha Aluminium so‘zidan) formulasi bilan belgilanadi. Alyuminiy yengil metallar turkumiga mansub bo‘lib, metallar ichida eng keng tarqalgan metall sanaladi. Yerda tarqalganligi bo‘yicha alyuminiy kimyoviy elementlar ichida 3-o‘rinni egallaydi (kislorod va kremniydan keyin).

Oddiy modda shaklidagi alyuminiy — kumush rangiga ega, yengil, paramagnitik metall bo‘lib, uni quyush, qayta ishlash va umuman mexanik ishlov berish oson. Alyuminiy issiqlik o‘tkazuvchanlik va elektr o‘tkazuvchanlik ko‘rsatkichlariga ko‘ra eng yaxshi metallardan biridir. Sirtida juda tezkorlik bilan mustahkam yupqa oksid qatlami hosil qilish xossasi tufayli, alyuminiy metali zanglashga nisbatan yuqori bardoshlilikka ega bo‘ladi.

Tarixi va atama etimologiyasi.

Alyuminiyni birnichi bo‘lib 1825-yilda Daniyalik fizik Xans Xristian Ersted tomonidan alyuminiy xloridiga kaliy amalgammasini ta’sir ettirish yo‘li bilan olingan. Element nomi alumen ya’ni, lotin tilidagi achiqtosh so‘zidan yasalgan.

Dastlabki paytlarda olishning qiyinligi sababli, alyuminiy metali juda qimmat bo‘lgan. Sanoat misyosida ishlab chiqarilishi yo‘lga qo‘yilguniga qadar alyuminiy oltindan ham qimmat yurgan.

Tabiatda tarqalganligi.

Alyuminiy Yerda tarqalganligi bo‘yicha metallar ichida birinchi, umuman kimyoviy elementlar ichida esa uchinchi o‘rinni egallaydi. Yer qobig‘idagi alyuminiyning massa ulushi 7,45—8,14% gacha deb baholanadi.

Yuqori reaksion faollogi sababli, Tabiatda alyuminiy deyarli istisnosiz ravishda faqat birikma holida uchraydi. Alyuminiyning tabiatda eng keng tarqalgan birikmalari quyidagilardir:

· Boksitlar – Al₂O₃·H₂O (boksitlar tarkibida shuningdek, SiO₂, Fe₂O₃, CaCO₃ aralashmalari ham bo‘ladi);

 

· Nefelinlar – KNa₃[AlSiO₄]₄;

· Alunitlar – (Na,K)₂SO₄·Al₂(SO₄)₃·4Al(OH)₃;

· Korund (sapfir, qayroqtosh, qahrabo) – Al₂O₃;

· Dala shpati — (K,Na)₂O·Al₂O₃·6SiO₂, Ca[Al₂Si₂O₈];

· Kaolinit — Al₂O₃·2SiO₂·2H₂O;

· Berill — 3ВеО·Al₂О₃·6SiO₂;

· Xrizoberill (aleksandrit) — BeAl₂O₄.

Boksit — asosiy alyuminiy rudasi

Sof holdagi alyuminiy metalli favqulodda oz miqdorlarda vulqonlar qa’ridan aniqlangan. Tabiiy suvlarda alyuminiy asosan kimyoviy birikmalar tarzida, xususan, alyuminiy ftoridi ko‘rinishida uchraydi. Dunyo okeani suvlaridagi alyuminiy miqdori taxminan 0,01 gr/litr deb baholangan.

Izotoplari

Tabiatda tarqalgan alyuminiy amalda 99,99% ga, yagona va barqaror izotop ²⁷Al dan tashkil topgan. Juda-juda kam miqdorda (uning ham faqat izi aniqlangan) ²⁶Al izotopi yuqori energiyali kosmik nurlar ta’sirida ⁴⁰Ar argon yadrolarining parchalanishi natijasida atmosferada vujudga keladi. ²⁶Al izotopining yarim yemirilish davri ≈720 ming yil. Alyuminiyning ushbu ²⁶Al izotopini fanda shuningdek «kosmogen alyuminiy» ham deyiladi. Kosmogen alyuminiy birinchi marotaba Oy toshlarini va meteoiritlarni o‘rganish asnosida aniqlangan.

Olinishi va asosiy konlari.

Alyuminiy kislorod bilan mustahkam kimyoviy bog‘lanish hosil qiladi. Boshqa metallar bilan taqqoslansa, alyuminiy rudadan tiklash ancha mushkul jarayon bo‘lib, buning sababi, alyuminiyning o‘ta faol reaksion qobiliyati, hamda, tarkibida alyuminiy tutuvchi rudalarning erish harorati o‘ta yuqoriligi bilan bog‘liq. Alyuminiy olishda uglerod vositasidagi to‘g‘ridan-to‘g‘ri tiklash usuluni qo‘llab bo‘lmaydi. Chunki, alyuminiyning tiklash qobiliyati uglerodnikidan yuqori. Shuning uchun, alyuminiy olishda rudani oraliq mahsulot — Al₄C₃ olish yo‘li bilan bilvosita tiklanadi. o‘z navbatida Al₄C₃ moddasi 1900-2000 °C haroratda alyuminiy sof holda ajrashi bilan parchalanadi. Biroq, bu usulda alyuminiy olish hozircha loyihalanish jarayonida bo‘lib, kelajakda uni sanoatga tadbiq etish ko‘zlanmoqda. Chunki, hisob-kitoblarga ko‘ra, mazkur usul, energiya tejamkorligi va is gazi ajralib chiqishi nuqtai nazaridan ancha samarador usul deb qaralmoqda.

Hozirda butun dunyo bo‘ylab keng tarqalgan asosiy alyuminiy olish usuli — Xoll-Eru jarayoni deb nomlanadi. Uni 1886-yilda bir-biridan mustaqil ravishda, AQSHlik Charlz Martin Xoll (1863-1914) va Fransiyalik Pol Lui Tussen Eru (1863-1914) tomonidan ishlab chiqilgan bo‘lib, mazkur usul alyuminiy oksidi, ya’ni, Al₂O₃ ni kriolit eritmasi (Na₃AlF₆) da eritish va keyin uni koks yoki, grafit elektrodlari vositasida elektrolizlash jarayoniga asoslanadi. Ushbu usulda alyuminiy olish juda katta energiya sarfini talab etadi va shu sababli ham, mazkur usulni sanoatga tadbiq etish faqat XX asrga kelibgina amalga oshirildi.

1 tonna alyuminiy ishlab chiqarish uchun 1,92 tonna alyuminiy oksidi talab etiladi. Shuningdek, jarayonda 65 kg kriolit, 35 kg alyuminiy ftoridi va 600 kg grafit anod elektrodlari sarf etiladi. Energiya sarfi 1 tonna alyuminiy uchun 17 MVt·soat (?61 GJ).

Jahon bo‘ylab asosiy alyuminiy konlari asosan boksit rudalari markazlashgan hududlar bilan bog‘liq. Dunyodagi eng yirik boksit konlari Gvineya (g‘arbiy Afrika), Braziliya, Surinam, Gayana, Venesuela, Yamayka, Avstraliya, Hindiston, Xitoy, Gretsiya, Turkiya, hamda, Rossiyaning Ural mintaqasiga to‘g‘ri keladi. Alyuminiy qazib olish va qayta ishlash ko‘lami bo‘yicha esa jahonda Xitoy davlati yetakchilik qiladi. Bu mamlakat butun dunyo alyuminiy ishlab chiqarish hajmining taxminan 48-50 % ulushini yetkazib beradi. Rossiya, Kanada, BAA, Avstraliya, Hindiston, Norvergiya, Baxrayn va Tojikiston davlatlari ham alyuminiy ishlab chiqarish va qayta ishlash bo‘yicha yetakchilar sanaladi. o‘rta hisobda, bir kunda butun dunyoda 130 ming tonna alyuminiy ishlab chiqariladi.

Fizik xossalari.

Sof holdagi alyuminiy, ancha yengil, oqish-kumushsimon rangli metall. Zichligi 2712 kg/m³. Texnik alyuminiyning erish harorati 658 °C, sof alyuminiy esa 660 °C da eriydi. Solishtirma erish issiqligi 390 kJ/kg. Alyuminiyning nur qaytarish xossasi ham ancha yuqori. Shuningdek, ushbu metall yuqori elektr o‘tkazuvchanlik (37·10⁶ Sm/m) va issiqlik o‘tkazuvchanlik (203,5 Vt/(m·K)) xossalariga ega. Alyuminiy deyarli barcha metallar bilan qotishmalar hosil qiladi. Uning mis va magniy bilan qotishmasi — dyuralyuminiy, hamda, kremniy bilan qotishmasi — silumin ko‘proq tarqalgan.

Kimyoviy xossalari.

Me’yoriy sharoitlarda alyuminiy yupqa va mustahkam oksid qatlami bilan qoplangan bo‘ladi. Chunki u odatiy oksidlovchilar — suv, kislorod va azot kislotasi bilan qizdirishsiz ham oson reaksiyaga kirishadi. Shu xossasi tufayli alyuminiy amalda korroziyaga uchramaydi va sanoat miqyosida kuchli talabga ega. Biroq, oksid qatlamining yo‘qilishi bilan, masalan, ammoniy tuzlari NH₄⁺, qaynoq ishqorlar yoki, amalgammalanish natijasida, alyuminiyning oksid qatlami yo‘qoladi. Bu holatda alyuminiy faol tiklovchi metall tarizda harakat qila boshlaydi.

Alyuminiyga galliy, indiy, yoki, qalay metallari bilan ishlov berilasa, alyuminiyda oksid qatlami hosil bo‘lmaydigan bo‘ladi. Bu jarayonda alyuminiyning ustki sirti mazkur metallarning evtektiklari bilan namlanadi.

Alyuminiy oddiy moddalar bilan oson reaksiyaga kirishadi:

Kislorod bilan reaksiyaga kirishib, alyuminiy oksidi hosil qiladi:

4Al+3O₂→Al₂O₃

Ftordan boshqa galogelnlar bilan quyidagicha reaksiyalanib, xlorid, bromid, yoki, yodit hosil qiladi:

2Al+3Hal₂→2AlHal₃ (Hal=galogen, brom, yod, xlorlardan biri);

Ftor bilan birikib, alyuminiy ftoridi hosil qiladi:

2Al+3F₂→2AlF₃

Oltingugurt bilan birikib, alyuminiy sulfid hosil qiladi:

2Al+3S→Al₂S₃

Azot bilan birikib, alyuminiy nitrid hosil qiladi:

2Al+N₂→2AlN

 

 

Qo‘llanishi.

Alyuminiy konstruksion material sifatida keng qo‘llaniladi. Bu nuqtai nazarda alyuminiyning eng afzal jihatlari bu — yengilligi, ishlov berishning osonligi va korroziyaga bardoshliligidir. Shuningdek, metallning yuqori issiqlik o‘tkazuvchanligi, hamda, birikmalarining toksik emasligi, ushbu metalni xalq xo‘jaligi va sanoatning nihoyatda turli tuman sohalarida ommalashishiga sabab bo‘lgan. Chunonchi, oshxona buyumlari, va idishlari ishlab chiqarishda, shuningdek, oziq-ovqat mahsulotlarining o‘rash-qadoqlash masalalarida alyuminiy yetakchi o‘rin tutadi. Konstruksion material sifatida alyuminiyning asosiy kamchiligi — pishiq emasligidir. Alyuminiyning pishiqligini orttirish uchun, uni mis va magniy bilan oqtishma tarzida ishlab chiqariladi. Bunday qotishma dyuralyumin deyiladi.

Alyuminiyning elektr o‘tkazuvchanligi misnikidan 1,7 marta past xolos. Lekin, alyuminiy tannarxi misnikidan 4 barobar arzon yuradi. Shu sababli, alyuminiy elektrotexnikada, elektron mikrosxemalarda, hamda, elektr energetikasi tizimida keng qo‘llaniladi. Yaxshi issiqlik o‘tkazuvchanlik xossasi tufayli, alyuminiy issiqlik texnikasida keng qo‘llanadi. Boz ustiga, o‘ta past haroratlarda ham alyuminiy va uning qotishmalari mo‘rtlashib qolmaydi va o‘zining qattiq holatini yaxshi saqlaydi. Shu sababli ham, kriogen texnikasida, ya’ni, o‘ta past haroratlar bilan ishlovchi ishlab chiqarishlarda alyuminiyning o‘rni beqiyos.

Metallurgiyada alyuminiy bir qator muhim qotishmalar tayyorlashda ishlatiladi. Xususan, mis va alyuminiy qotishmasidan alyuminiyli bronza olinadi. Magniyli qotishmalarda magniydan keyingi ikkinchi asosiy metall odatda alyuminiy bo‘ladi. Elektr toki asosida ishlovchi qizdirgich asboblarda odatda asosiy element — qizdirgich, ya’ni, cho‘g‘lanma spiral ham alyuminiyning temir va xrom bilan qotishmasi — fexraldan tayyorlanadi.

Shisha ishlab chiqarishda alyuminiy ftoridi va alyuminiy fosfatidan foydalaniladi.

 

Biologik ahamiyati

Tabiatda juda keng tarqalgan bo‘lishiga qaramasdan, alyuminiy biror-bir tirik organizmdagi metaboliz jarayonlarida ishtirok etmaydi (harholda, alyuminiy ishtirokida kechuvchi biror organik jarayon hozircha aniqlanmagan). ya’ni, alyuminiy — o‘lik metalldir. Garchi, alyuminiy va uning birikmalarining toksiklik darajasi juda past bo‘lsa-da, lekin, organizmga uzoq muddat davomidagi ta’siri natijasida odam va hayvonlar tana to‘qimalariga zararli ta’sir qilishi ehtimoli yo‘q emas. Organizmga alyuminiy asosan ichimlik suvi orqali kiradi. Alyuminiyning xloridlari, nitratlari va atsetatlari nisbatan kuchliroq toksik ta’sirga ega. Alyuminiyning toksik ta’siri eng avvalo asab tizimiga nisbatan bo‘ladi. Ichimlik suvi bilan organizmga tushgan alyuminiy odatda siydik bilan yana chiqib ketadi. Bir kun davomida o‘rta yoshdagi odam siydigi bilan taxmina 15 mg alyuminiy elementi chiqariladi. Shu sababli, siydik chiqarish funksiyasi buzilgan bemorlarda alyuminiyning toksik ta’siri yaqqolroq namoyon bo‘ladi.

Alyuminiy haqida ma’lumotnoma jadval:

Umumiy ma’lumotlar
Nomi	Alyuminiy;
Formulasi	Al
Raqami	12, III-davr, IIIA guruh;
Atom xossalari
Atom massasi	26,9815386(8) m.a.b. (g/mol);
Elektron konfiguratsiyasi	[Ne] 3s2 3p1
Atom radiusi	143 pm;
Kimyoviy xossalari
Kovalent radiusi	121±4 pm;
Ion radiusi	(+3e) 51 pm;
Elektrmanfiyligi	1.61 (poling shkalasi bo‘yicha);
Elektrod potensiali	−1.66 V;
Oksidlanish darajasi	+3;
Ionizatsiya energiyasi (birinchi elektron)	577,5 kJ/mol; (5,984 eV);
Termodinamik xossalari
Zichligi (m.sh.)	2.6989 g/sm3;
Erish harorati	660 °C, 933,5 K;
Qaynash harorati	2518,82 °C; 2792 K;
Erish issiqligi	10,75 kJ/mol;
Bug‘lanish issiqligi	284,1 kJ/mol;
Molyar issiqlik sig‘imi	24,35 kJ/(K·mol);
Molyar hajmi	10,0 mol/sm3;
Issiqlik o‘tkazuvchanligi	(300 K) 237 Vt/(m·K);
Debay harorati	394 K;
Struktura panjarasi shakli	Chegaraviy konsentratsiyalangan;
Panjara parametrlari	4,050 Å

 

---