Наиболее распространенный металл и третий по распространенности химический элемент в земной коре

Обновлено: 07.01.2025

Из химических элементов наиболее распространены в Земной коре Кислород и Кремний .

Эти элементы вместе с Алюминием, Железом, Кальцием, Натрием, Калием, Магнием, Водородом и Титаном составляют более 99% массы всей земной оболочки.

Так что на остальные элементы приходится чуть менее 1%.

В морской воде которая занимает более 2/3 суши, помимо Кислорода и Водорода — составных частей самой воды, высокое содержание имеют такие элементы, как Хлор, Натрий, Магний, Сера, Калий, Бром и Углерод.

В атмосфере земли так же содержится большое количество химических элементов - но об этом мы поговорим в одной из следующих статей.

Массовое содержание определённого элемента в земной коре называется кларковым числом или (Кларком Элемента).

Содержание элементов в коре Земли отличается от содержания элементов в Земле, взятой как целое, поскольку хим составы коры, мантии и ядра Земли различны. При этом залегание скоплений элементов преимущественно расположено слоями.

Так, ядро земли состоит в основном из железа и никеля, благодаря чему у нашей планеты есть магнитное поле без которого не возможно было бы зарождение жизни на планете.

В свою очередь, содержания элементов в нашей Солнечной системе и в целом во Вселенной также отличаются от земных.

Наиболее распространённым элементом во Вселенной является Водород , за ним идёт Гелий.

Исследования распространённостей химических элементов и их изотопов в космосе является важным источником информации о процессах нуклеосинтеза и об эволюции Солнечной системы и небесных тел таких как звёзды и планеты.

Большинство химических элементов (94 из известных 118) были найдены в природе в земле, а точнее в земной коре, хотя некоторые из них были изначально получены искусственно например: технеций Tc (порядковый номер 43), прометий Pm (61), астат At (85), а также трансурановые нептуний Np (93) и плутоний Pu (94).

Эти пять элементов после их искусственного создания были в исчезающе малых количествах обнаружены и в земной коре.

Они возникают как промежуточные ядра при радиоактивном распаде Урана и Тория , а также при захвате Ураном нейтронов и последующем бета распаде.

Таким образом, в Земной коре наличествуют (в очень разных концентрациях) все первые 94 элемента таблицы Менделеева.

(Таблицу Менделеева в школе наверно все изучали?!)

Среди этих 94 химических элементов, обнаруженных в земной коре, большинство а точнее 83, является первичными, или примордиальными. Они возникли при нуклеосинтезе в Галактике до образования Солнечной системы, и у этих элементов есть изотопы, которые являются либо стабильными, либо достаточно долгоживущими, чтобы не распасться за прошедшие с этого момента 4,5 млрд лет.

Остальные 11 природных элементов ( Технеций, Прометий, Полоний, Астат, Радон, Франций, Радий, Актиний, Протактиний, Нептуний и Плутоний ) являются радиогенными — они не имеют настолько долгоживущих изотопов, поэтому все существующие в земной коре природные атомы этих элементов возникли при радиоактивном распаде других химических элементов.

Все химические элементы, следующие после Плутония Pu в периодической системе Дмитрия Ивановича Менделеева, в земной коре полностью отсутствуют, хотя некоторые из них могут образовываться в космосе во время взрывов сверхновых и в месте с метеоритами попадать на землю.

Периоды полураспада всех известных изотопов этих элементов малы по сравнению с временем существования Земли. Многолетние поиски гипотетических природных сверхтяжёлых элементов пока не дали никаких результатов.

Большинство химических элементов, кроме нескольких самых лёгких, возникли во Вселенной главным образом в ходе звёздного нуклеосинтеза (элементы до Железа — в результате термоядерного синтеза, более тяжёлые элементы — при последовательном захвате нейтронов ядрами атомов и последующем бета распаде, а также в ряде других ядерных реакций).

Легчайшие элементы Водород и Гелий — почти полностью, Литий, Бериллий и Бор — частично образовались в первые три минуты после Большого взрыва (первичный нуклеосинтез), когда всё только началось.

Одним из главных источников особо тяжёлых элементов во Вселенной должны быть, согласно расчётам учёных, слияния нейтронных звёзд, с выбросом значительных количеств этих элементов, которые впоследствии участвуют в образовании новых звёзд, галактик и их планет.

А в нашей повседневной жизни все эти элементы присутствуют постоянно и помогают нам комфортно жить, из них сделана наша одежда и обувь, наши машины и дома, наша пища и что уж говорить и Мы сами состоим полностью из химических элементов.

Наиболее распространенный металл и третий по распространенности химический элемент в земной коре

Алюми́ний (лат. Aluminium ) — химический элемент под номером 13 в таблице Менделеева. Наиболее распространённый металл и третий по распространённости химический элемент (после O, Si) в земной коре.

Простое вещество алюминий (CAS-номер: 7429-90-5) — лёгкий, немагнитный серебристо-белый металл, легко поддающийся формовке, литью, механической обработке. Алюминий обладает высокой теплопроводностью, стойкостью к коррозии за счёт быстрого образования прочных оксидных плёнок, защищающих поверхность от дальнейшего взаимодействия.

По некоторым биологическим исследованиям поступление алюминия в организм человека было сочтено фактором в развитии болезни Альцгеймера, [1] [2] но эти исследования были позже раскритикованы и вывод о связи одного с другим опровергался. [3] [4] [5]

Содержание

История

Впервые алюминий был получен Гансом Эрстедом в 1825 году действием амальгамы калия на хлорид алюминия с последующей отгонкой ртути.

Получение

Современный метод получения был разработан независимо американцем Чарльзом Холлом и французом Полем Эру. Он заключается в растворении оксида алюминия Al2O3 в расплаве криолита Na3AlF6 с последующим электролизом с использованием графитовых электродов. Такой метод получения требует больших затрат электроэнергии, и поэтому оказался востребован только в XX веке.

Для производства 1 т алюминия требуется 1,9 т глинозёма и 18 тыс. кВт·ч электроэнергии.

Физические свойства

Твердость по Бринеллю 24-32 кгс/мм², высокая пластичность: у технического 35 %, у чистого 50 %, прокатывается в тонкий лист и даже фольгу.

Алюминий обладает высокой электропроводностью и теплопроводностью, 65 % от электропроводности меди, обладает высокой светоотражательной способностью.

Алюминий образует сплавы почти со всеми металлами.

Нахождение в природе

Природный алюминий состоит практически полностью из единственного стабильного изотопа 27 Al, со следами 26 Al, радиоактивного изотопа с периодом полураспада 720 000 лет, образующегося в атмосфере при бомбардировке ядер аргона протонами космических лучей.

По распространенности в природе занимает 1-е среди металлов и 3-е место среди элементов, уступая только кислороду и кремнию. Процент содержания алюминия в земной коре по данным различных исследователей составляет от 7,45 до 8,14 процентов от массы земной коры. [6]

В природе алюминий встречается только в соединениях (минералах). Вот некоторые из них:

Химические свойства


При нормальных условиях алюминий покрыт тонкой и прочной оксидной плёнкой и потому не реагирует с классическими окислителями: с H2O (t°);O2, HNO3 (без нагревания). Благодаря этому алюминий практически не подвержен коррозии и потому широко востребован современной индустрией. Однако, при разрушении оксидной плёнки (например, при контакте с растворами солей аммония NH4 + , горячими щелочами или в результате амальгамирования), алюминий выступает как активный металл-восстановитель.

Легко реагирует с простыми веществами:

3) с другими неметаллами реагирует при нагревании:

с серой, образуя сульфид алюминия:

с углеродом, образуя карбид алюминия:

Сульфид и карбид алюминия полностью гидролизуются:

Со сложными веществами:

4) с водой (после удаления защитной оксидной пленки, например, амальгамированием или растворами горячей щёлочи):

5) со щелочами (с образованием тетрагидроксоалюминатов и других алюминатов):

6) Легко растворяется в соляной и разбавленной серной кислотах:

При нагревании растворяется в кислотах — окислителях, образующих растворимые соли алюминия:

Применение


Широко применяется как конструкционный материал. Основные достоинства алюминия в этом качестве — лёгкость, податливость штамповке, коррозионная стойкость (на воздухе алюминий мгновенно покрывается прочной плёнкой Al2O3, которая препятствует его дальнейшему окислению), высокая теплопроводность, неядовитость его соединений. В частности, эти свойства сделали алюминий чрезвычайно популярным при производстве кухонной посуды, алюминиевой фольги в пищевой промышленности и для упаковки.

Основной недостаток алюминия как конструкционного материала — малая прочность, поэтому его обычно сплавляют с небольшим количеством меди и магния (сплав называется дюралюминий).

Электропроводность алюминия всего в 1,7 раза меньше, чем у меди, при этом алюминий приблизительно в 2 раза дешевле. Поэтому он широко применяется в электротехнике для изготовления проводов, их экранирования и даже в микроэлектронике при изготовлении проводников в чипах. Меньшую электропроводность алюминия (37 1/ом) по сравнению с медью (63 1/ом) компенсируют увеличением сечения алюминиевых проводников. Правда, у алюминия как электротехнического материала есть неприятное свойство — из-за прочной оксидной плёнки его тяжело паять.

  • Благодаря комплексу свойств широко распространён в тепловом оборудовании.
  • Алюминий и его сплавы сохраняют прочность при сверхнизких температурах. Благодаря этому он широко используется в криогенной технике.
  • Высокий коэффициент отражения в сочетании с дешевизной и лёгкостью напыления делает алюминий идеальным материалом для изготовления зеркал.
  • В производстве строительных материалов как газообразующий агент. придают коррозионную и окалиностойкость стальным и другим сплавам, например клапанам поршневых ДВС, лопаткам турбин, нефтяным платформам, теплообменной аппаратуре, а также заменяют цинкование.
  • Сульфид алюминия используется для производства сероводорода.
  • Идут исследования по разработке пенистого алюминия как особо прочного и лёгкого материала.

В качестве восстановителя

  • Как компонент термита, смесей для алюмотермии
  • Алюминий применяют для восстановления редких металлов из их оксидов или галогенидов.

Сплавы на основе алюминия

В качестве конструкционного материала обычно используют не чистый алюминий, а разные сплавы на его основе.


  • Алюминиево-магниевые сплавы обладают высокой коррозионной стойкостью и хорошо свариваются; из них делают, например, корпуса быстроходных судов.
  • Алюминиево-марганцевые сплавы во многом аналогичны алюминиево-магниевым.
  • Алюминиево-медные сплавы (в частности, дюралюминий) можно подвергать термообработке, что намного повышает их прочность. К сожалению, термообработанные материалы нельзя сваривать, поэтому детали самолётов до сих пор соединяют заклёпками. Сплав с бо́льшим содержанием меди по цвету внешне очень похож на золото, и его иногда применяют для имитации последнего.
  • Алюминиево-кремниевые сплавы (силумины) лучше всего подходят для литья. Из них часто отливают корпуса разных механизмов.
  • Комплексные сплавы на основе алюминия: авиаль.
  • Алюминий переходит в сверхпроводящее состояние при температуре 1,2 Кельвина.

Алюминий как добавка в другие сплавы

Алюминий является важным компонентом многих сплавов. Например, в алюминиевых бронзах основные компоненты — медь и алюминий. В магниевых сплавах в качестве добавки чаще всего используется алюминий. Для изготовления спиралей в электронагревательных приборах используют (наряду с другими сплавами) фехраль (Fe, Cr, Al).

Ювелирные изделия

Когда алюминий был очень дорог, из него делали разнообразные ювелирные изделия. Мода на них сразу прошла, когда появились новые технологии его получения, во много раз снизившие себестоимость. Сейчас алюминий иногда используют в производстве бижутерии.

Стекловарение

В стекловарении используются фторид, фосфат и оксид алюминия.

Пищевая промышленность

Алюминий и его соединения в ракетной технике

Алюминий и его соединения используются в качестве высокоэффективного ракетного горючего в двухкомпонентных ракетных топливах и в качестве горючего компонента в твёрдых ракетных топливах. Следующие соединения алюминия представляют наибольший практический интерес как ракетное горючее:

  • Алюминий: горючее в ракетных топливах. Применяется в виде порошка и суспензий в углеводородах и др.
  • Гидрид алюминия.
  • Боранат алюминия.
  • Триметилалюминий.
  • Триэтилалюминий.
  • Трипропилалюминий.

Теоретические характеристики топлив, образованных гидридом алюминия с различными окислителями.

Окислитель Удельная тяга (Р1, сек) Температура сгорания °С Плотность топлива, г/см³ Прирост скорости, ΔVид, 25, м/с Весовое содерж. горючего, %
Фтор 348,4 5009 1,504 5328 25
Тетрафторгидразин 327,4 4758 1,193 4434 19
ClF3 287,7 4402 1,764 4762 20
ClF5 303,7 4604 1,691 4922 20
Перхлорилфторид 293,7 3788 1,589 4617 47
Фторид кислорода 326,5 4067 1,511 5004 38,5
Кислород 310,8 4028 1,312 4428 56
Перекись водорода 318,4 3561 1,466 4806 52
N2O4 300,5 3906 1,467 4537 47
Азотная кислота 301,3 3720 1,496 4595 49

Алюминий в мировой культуре

Поэт Андрей Вознесенский написал в 1959 году стихотворение «Осень» [7] , в котором использовал алюминий в качестве художественного образа:

…А за окошком в юном инее
лежат поля из алюминия…

Виктор Цой написал песню «Алюминиевые огурцы» с припевом:

Сажаю алюминиевые огурцы
На брезентовом поле
Я сажаю алюминиевые огурцы
На брезентовом поле

Алюминий. Таблица Менделеева Д.И.

Эту статью могут комментировать только участники сообщества.
Вы можете вступить в сообщество одним кликом по кнопке справа.

Алюми́ний — элемент главной подгруппы третьей группы третьего периода периодической системы химических элементов, с атомным номером 13. Обозначается символом Al (лат. Aluminium). Относится к группе лёгких металлов. Наиболее распространённый металл и третий по распространённости химический элемент в земной коре (после кислорода и кремния).

Простое вещество алюминий (CAS-номер: 7429-90-5) — лёгкий, парамагнитный металл серебристо-белого цвета, легко поддающийся формовке, литью, механической обработке. Алюминий обладает высокой тепло- и электропроводностью, стойкостью к коррозии за счёт быстрого образования прочных оксидных плёнок, защищающих поверхность от дальнейшего взаимодействия.

Современный метод получения был разработан независимо американцем Чарльзом Холлом и французом Полем Эру в 1886 году. Он заключается в растворении оксида алюминия Al2O3 в расплаве криолита Na3AlF6 с последующим электролизом с использованием расходуемых коксовых или графитовых электродов. Такой метод получения требует больших затрат электроэнергии, и поэтому оказался востребован только в XX веке.
Для производства 1 т алюминия чернового требуется 1,920 т глинозёма, 0,065 т криолита, 0,035 т фторида алюминия, 0,600 т анодной массы и 17 тыс. кВт·ч электроэнергии постоянного тока.

Металл серебристо-белого цвета, лёгкий, плотность — 2,7 г/см³,
температура плавления у технического алюминия — 658 °C, у алюминия высокой чистоты — 660 °C,
удельная теплота плавления — 390 кДж/кг,
температура кипения — 2500 °C,
удельная теплота испарения — 10,53 МДж/кг,
временное сопротивление литого алюминия — 10…12 кг/мм², деформируемого — 18…25 кг/мм², сплавов — 38…42 кг/мм².
Твёрдость по Бринеллю — 24…32 кгс/мм²,
высокая пластичность: у технического — 35 %, у чистого — 50 %, прокатывается в тонкий лист и даже фольгу.
Модуль Юнга — 70 ГПа.
Алюминий обладает высокой электропроводностью (0,0265 мкОм·м) и теплопроводностью (203,5 Вт/(м·К)), 65 % от электропроводности меди, обладает высокой светоотражательной способностью.
Слабый парамагнетик.
Температурный коэффициент линейного расширения 24,58×10-6 К-1 (20…200 °C).
Температурный коэффициент электрического сопротивления 2,7×10-8K-1.
Алюминий образует сплавы почти со всеми металлами. Наиболее известны сплавы с медью и магнием (дюралюминий) и кремнием (силумин).

При нормальных условиях алюминий покрыт тонкой и прочной оксидной плёнкой и потому не реагирует с классическими окислителями: с H2O (t°); O2, HNO3 (без нагревания). Благодаря этому алюминий практически не подвержен коррозии и потому широко востребован современной индустрией. Однако при разрушении оксидной плёнки (например, при контакте с растворами солей аммония NH4+, горячими щелочами или в результате амальгамирования), алюминий выступает как активный металл-восстановитель.

20 интересных фактов об алюминии

Столь распространённый на Земле металл, как алюминий, нашёл широкое применение в самых разных сферах. Свойства алюминиевых сплавов делают их великолепно пригодными для использования практически во всех существующих областях промышленности, и многие даже не догадываются, что частицы этого металла есть в подавляющем большинстве предметов, нас окружающих.

Интересные факты об алюминии

Два целых одного составляющего. Тот ещё химический элемент.

И действительно - началась новая техническая эпоха с новыми возможностями и открытиями.
Но производство АL на начальном этапе было очень дорогим, что было вами и отмечено в статье.

Ваш комментарий сохранен, но пока скрыт.
Войдите или зарегистрируйтесь для того, чтобы Ваш комментарий стал видимым для всех.

За сутки посетители оставили 399 записей в блогах и 2919 комментариев.
Зарегистрировался 11 новых макспаркеров. Теперь нас 5032522.

Читайте также: