Hliník – vlastnosti, charakteristika, přehledový článek

Hliník je tažný a lehký bílý kov potažený stříbrným matným oxidovým filmem. V periodickém systému D.I Mendělejeva je tento chemický prvek označen jako Al (Aluminium) a nachází se v hlavní podskupině skupiny III, třetí perioda, pod atomovým číslem 13. Hliník můžete zakoupit na našem webu.

Historie objevu

V 16. století udělal slavný Paracelsus první krok k těžbě hliníku. Z kamence izoloval „hlinitou zeminu“, která obsahovala oxid tehdy neznámého kovu. V 18. století se k tomuto experimentu vrátil německý chemik Andreas Marggraff. Oxid hlinitý pojmenoval „alumina“, což v latině znamená „svíravý“. V té době nebyl kov populární, protože se nenacházel v čisté podobě.
Po mnoho let se angličtí, dánští a němečtí vědci snažili izolovat čistý hliník. V roce 1855 na světové výstavě v Paříži vyvolal kovový hliník senzaci. Vyráběly se z něj pouze luxusní předměty a šperky, protože kov byl poměrně drahý. Na konci 19. století se objevil modernější a levnější způsob výroby hliníku. V roce 1911 byla v Durenu vyrobena první várka duralu, pojmenovaného po městě. V roce 1919 byl z tohoto materiálu vytvořen první letoun.

Fyzikální vlastnosti

Kovový hliník se vyznačuje vysokou elektrickou vodivostí, tepelnou vodivostí, odolností proti korozi a mrazu a tažností. Dobře se hodí k ražení, kování, kreslení a válcování. Hliník lze dobře svařovat různými druhy svařování. Důležitou vlastností je jeho nízká hustota asi 2,7 g/cm³. Teplota tání je asi 660 °C.
Mechanické, fyzikálně-chemické a technologické vlastnosti hliníku závisí na přítomnosti a množství nečistot, které zhoršují vlastnosti čistého kovu. Hlavními přírodními nečistotami jsou křemík, železo, zinek, titan a měď.

Podle stupně čištění se hliník rozlišuje na vysokou a technickou čistotu. Praktickým rozdílem je rozdíl v odolnosti proti korozi v určitých prostředích. Čím je kov čistší, tím je dražší. Technický hliník se používá k výrobě slitin, válcovaných výrobků a kabelových a drátěných výrobků. Vysoce čistý kov se používá pro speciální účely.
Z hlediska elektrické vodivosti je hliník na druhém místě za zlatem, stříbrem a mědí. A kombinace nízké hustoty a vysoké elektrické vodivosti mu umožňuje konkurovat mědi v oblasti kabelových a drátěných výrobků. Dlouhodobé žíhání zlepšuje elektrickou vodivost, zatímco kalení za studena ji zhoršuje.

Tepelná vodivost hliníku se zvyšuje se zvyšující se čistotou kovu. Nečistoty manganu, hořčíku a mědi tuto vlastnost snižují. Z hlediska tepelné vodivosti je hliník horší než měď a stříbro. Díky této vlastnosti se kov používá ve výměnících tepla a chladicích radiátorech.
Hliník má vysokou měrnou tepelnou kapacitu a teplo tání. Tato čísla jsou výrazně vyšší než u většiny kovů. Čím vyšší je čistota hliníku, tím více je schopen odrážet světlo od povrchu. Kov je dobře leštěný a eloxovaný.

Hliník má vysokou afinitu ke kyslíku a na vzduchu je pokryt tenkým, odolným filmem oxidu hlinitého. Tento film chrání kov před následnou oxidací a poskytuje jeho dobré antikorozní vlastnosti. Hliník je odolný vůči atmosférické korozi, mořské a sladké vodě a prakticky nereaguje s organickými kyselinami, koncentrovanou nebo zředěnou kyselinou dusičnou.

Chemické vlastnosti

Hliník je poměrně aktivní amfoterní kov. Za normálních podmínek určuje jeho trvanlivost silný oxidový film. Pokud je oxidový film zničen, hliník působí jako aktivní redukční kov. V jemně rozdrceném stavu a při vysokých teplotách kov interaguje s kyslíkem. Při zahřívání dochází k reakcím se sírou, fosforem, dusíkem, uhlíkem a jódem. Za normálních podmínek kov reaguje s chlórem a bromem. Nedochází k žádné reakci s vodíkem. S kovy tvoří hliník slitiny obsahující intermetalické sloučeniny – aluminidy.

Za předpokladu, že je odstraněn oxidový film, dochází k intenzivní interakci s vodou. Reakce se zředěnými kyselinami probíhají snadno. Při zahřívání dochází k reakcím s koncentrovanou kyselinou dusičnou a sírovou. Hliník snadno reaguje s alkáliemi. Praktickou aplikací v metalurgii byla zjištěna vlastnost redukce kovů z oxidů a solí – aluminotermické reakce.

Příjem

Hliník je na prvním místě mezi kovy a na třetím místě mezi všemi prvky z hlediska zastoupení v zemské kůře. Přibližně 8 % hmotnosti zemské kůry tvoří tento kov. Hliník se nachází v tkáních zvířat a rostlin jako stopový prvek. V přírodě se vyskytuje vázaný ve formě hornin a minerálů. Skalnatý obal země, který je na úpatí kontinentů, je tvořen právě hlinitokřemičitany a silikáty.

Hlinitokřemičitany jsou minerály vznikající v důsledku vulkanických procesů za vhodných podmínek vysoké teploty. Při destrukci hlinitokřemičitanů primárního původu (živce) vznikaly různé sekundární horniny s vyšším obsahem hliníku (alunity, kaoliny, bauxity, nefeliny). Hliník je součástí sekundárních hornin ve formě hydroxidů nebo hydrosilikátů. Ne každá hornina obsahující hliník však může být surovinou pro oxid hlinitý, produkt, ze kterého se hliník vyrábí metodou elektrolýzy.

Hliník se nejčastěji získává z bauxitu. Ložiska tohoto minerálu jsou běžná v zemích tropického a subtropického pásma. V Rusku se také používají nefelinové rudy, jejichž ložiska se nacházejí v oblasti Kemerovo a na poloostrově Kola. Při těžbě hliníku z nefelinů se cestou vyrábí i potaš, soda, cement a hnojiva.

Bauxit obsahuje 40-60% oxidu hlinitého. Obsahuje také oxid železitý, oxid titaničitý a oxid křemičitý. Bayerův proces se používá k izolaci čistého oxidu hlinitého. V autoklávu se ruda zahřívá s louhem sodným, ochladí se a „červené bahno“ (pevný sediment) se oddělí od kapaliny. Poté se z výsledného roztoku vysráží hydroxid hlinitý a kalcinuje se za získání čistého oxidu hlinitého. Oxid hlinitý musí splňovat vysoké standardy pro čistotu a velikost částic.

Alumina (oxid hlinitý) se získává z vytěžené a obohacené rudy. Oxid hlinitý se pak elektrolýzou přemění na hliník. Poslední fází je zotavení Hall-Herouxovým procesem. Proces je následující: při elektrolýze roztoku oxidu hlinitého v roztaveném kryolitu se hliník uvolňuje. Katoda je dnem elektrolytické lázně a anodou jsou uhlíkové tyče umístěné v kryolitu. Roztavený hliník se ukládá pod roztok kryolitu s 3-5% aluminou. Procesní teplota stoupne na 950 °C, což je mnohem více než teplota tání samotného hliníku (660 °C). Hloubkové čištění hliníku se provádí zónovým tavením nebo destilací přes subfluorid.

přihláška

Hliník se používá v metalurgii jako základ pro slitiny (duralumin, silumin) a legující prvek (slitiny na bázi mědi, železa, hořčíku, niklu). Slitiny hliníku se používají v každodenním životě, v architektuře a stavebnictví, při stavbě lodí a automobilovém průmyslu, stejně jako v kosmické a letecké technice. Hliník se používá při výrobě výbušnin. Eloxovaný hliník (potažený barevnými filmy oxidu hlinitého) se používá k výrobě šperků. Kov se používá také v elektrotechnice.

Podívejme se, jak se používají různé hliníkové výrobky.

Hliníková páska je tenký hliníkový pásek o tloušťce 0,3-2 mm, šířce 50-1250 mm, který je dodáván v rolích. Páska se používá v potravinářském, lehkém a chladicím průmyslu pro výrobu chladicích prvků a radiátorů.

Kolo hliníkový drát používané pro výrobu kabelů a drátů pro elektrické účely a obdélníkové pro vinutí drátů.

Hliníkové trubky jsou trvanlivé a odolné ve venkovských a městských průmyslových oblastech. Používají se při dokončovacích pracích, stavbě silnic, stavbě automobilů, letadel a lodí, výrobě radiátorů, potrubí a plynových nádrží, montáži topných systémů, hlavních potrubí, plynovodů, vodovodních potrubí.

Hliníkové pouzdra vyznačuje se snadným zpracováním, instalací a provozem. Používají se pro koncové připojení kovových kabelů.

Hliníkový kruh – Jedná se o pevný profil kruhového průřezu. Tento produkt se používá k výrobě různých provedení.

Hliníková tyč používá se k výrobě matic, šroubů, hřídelí, spojovacích prvků a vřeten.
Do lidského těla se denně potravou dostávají asi 3 mg hliníku. Nejvíce kovu se nachází v ovesných vločkách, hrachu, pšenici a rýži. Vědci zjistili, že podporuje regenerační procesy, stimuluje vývoj a růst tkání, ovlivňuje činnost trávicích žláz a enzymů.

Při používání hliníkového nádobí doma musíte pamatovat na to, že v něm lze skladovat a ohřívat pouze neutrální tekutiny. Pokud se v takové nádobě vaří například polévka z kyselého zelí, pak se do jídla dostane hliník a bude mít nepříjemnou „kovovou“ chuť.

Hliník je součástí léků používaných při onemocnění ledvin a gastrointestinálního traktu.