Хөнгөн цагаан

Шинж чанар
Aluminium-4.jpg
'
Ерөнхий
Нэр, тэмдэг, атомын дугаар Хөнгөн цагаан, Al, 13
Цуваа Металл
Бүлэг, үе, блок 13, 3, p
Гадаад байдал мөнгөлөг
CAS дугаар 7429-90-5
Дэлхийн гадаргад эзлэх хэмжээ 7,57 %[1]
Атомын шинж чанар [2]
Атом масс 26,9815385(7)[3][4] u
Атомын радиус (тооцоолсон) 125 (118) пм
Ковалент радиус 121 пм
Ван дер Ваальсын радиус 184[5] пм
Электрон бүтэц [Ne] 3s2 3p1
Гаралтын ажил 4,06–4,26 eV[6]
1. Ионжилтын энерги 577,5 кЖ/моль
2. Ионжилтын энерги 1816,7 кЖ/моль
3. Ионжилтын энерги 2744,8 кЖ/моль
Физикийн шинж чанар [2]
Бодисын төлөв хатуу
Талст бүтэц талдаа төвтэй куб
Нягт 2,6989 г/см3 (20 °C)[7]
Моосын хатуулаг 2,75
Соронзон чанар Парасоронзон (Χm = 2,1 · 10−5)[8]
Хайлах цэг 933,35 K (660,2[9] °C)
Буцлах цэг 2743 K[10] (2470 °C)
Молийн эзлэхүүн 10,00 · 10−6 м3/моль
Ууршилтын дулаан 284 кЖ/моль[10]
Хайлах дулаан 10,7[11] кЖ/моль
Дууны хурд 6250–6500 (тууш долгион) м/сек;
3100 (хөнд.)[12][13] м/сек 293,15 K-д
Хувийн дулаан шингээлт 897[1] Ж/(кг · К)
Цахилгаан дамжуулалт 37,7 · 106 A/(В · м)
Дулаан дамжуулалт 235 Вт/(м · К)
Механикийн шинж чанар [2]
Уян харимхайн модуль 60 - 78 кН/мм²[14]
Пуассоны коэффициент 0,34[15]
Химийн шинж чанар [2]
Исэлдэлтийн төлөв байдал 1, 2, 3
Оксид (суурь) Al2O3 (амфотер)
Хэвийн потенциал −1,676 В (Al3+ + 3 e → Al)
Цахилгаан сөрөг чанар 1,61 (Паулын скала)
Изотопууд
Изотоп ИХ t1/2 ЗТ ЗЭэВ) ЗБ
25Al {син.} 7,183 сек ε 4,277 25Mg
26Al үлдэгдэлд 7,17 · 105 a ε 4,004 26Mg
27Al 100 % тогтвортой
28Al {син.} 2,2414 мин β 4,642 28Si
29Al {син.} 6,56 мин β 3,680 29Si
Өөр бусад изотопуудыг үзэх: Изотопуудын жагсаалт
ЦСР-шинж чанар
  I квантын тоо γ
рад·Тл−1·сек−1
Er (1H) fL
B = 4,7 Тл
МГц-ээр
27Al 5/2 0+6,976 · 107 0,207 052,18
Аюулгүй байдлын заавар
GHS-Аюулын тэмдэг:  Химийн бодисыг зэрэглэx, ангилах, баглах европын холбооны журам,[18] өргөтгөсөн байх боломжтой[16][17]

Нунтаг

02 – Хөнгөн-/Туйлын шатамхай

Аюултай

АТ-фразын жагсаалт H: 250​‐​261

H: 228​‐​261

P: 222​‐​231+232​‐​422

P: 210​‐​370+378​‐​402+404 [19]

Боломжит ба хэрэглэх байдлыг харгалзан аль болох СИ-системийн нэгжүүдийг хэрэглэсэн болно.
Хэрэв ямар нэгэн тайлбар байхгүй бол дээр өгөгдсөн утгууд хэвийн нөхцлийн утгууд болно.

Хөнгөн цагаан (Хөнгөн мөнгө гэж нэрлэх нь бий) (Al, лат. Aluminium) мөнгөлөг цагаан саарал өнгөтэй, зөөлөн бөгөөд хөнгөн металлын группт ордог юм. Химийн тэмдэглэгээ нь Al, атомын дугаар нь 13.

Хөнгөн цагааныг бокситын хүдрээс ялгаж авах ба зэвэрдэггүй, бусад металлуудтай харьцуулахад маш хөнгөн, маш сайн цахилгаан, дулаан дамжуулагч тул, хөнгөн цагаан болон түүний хайлшийг пуужин, нисэх онгоц, тээвэр, цахилгаан дамжуулах болон барилгын үйлдвэрлэлд өргөн ашиглана.

Хэдийгээр хөнгөн цагаан нь Дэлхийн царцдаст хамгийн өргөн тархалттай металл (нийт химийн элементүүд дунд 3-т буюу хүчилтөрөгч, цахиурын дараа) боловч байгаль дээр цэврээрээ маш ховор, бокситын хүдрээс ялгаж авахад маш өндөр температур шаардана (950-980 °C).

Данийн эрдэмтэн Ханс Кристиан Эрстед 1825 онд анх олж гаргасан.

ХэрэглээEdit

Хөнгөн цагааны практикийн хэрэглээ нь металлуудаас хамгийн их нь байдаг. Хөнгөн цагааны хэрэглээний чухал салбар нь хөнгөн хайлшуудын үйлдвэрлэл юм. Цэвэр хөнгөн цагааныг химийн аппарат, багаж төхөөрөмж, цахилгаан дамжуулах утас хийхэд хэрэглэнэ. Хөнгө нцагаан хавтсыг конденсатор бэлтгэхэд хэрэглэнэ. Кали- Хөнгөн цагааны цөрийг Kal(SO4) 2* 10 HO-г цус тогтооход гадуур хэрэглэнэ. 2019 онд дэлхийд 63,69 сая тонн хөнгөн цагаан үйлдвэрлэсэн байна. 2021 онд хөнгөн цагааны үнэ 1 тонн - 2897 ам.доллар хүрчээ.

Хөнгөн цагааны зарим хэрэглээ:

  • Тээвэр (бүх төрлийн автомашин, нисэх онгоц, вагон, унадаг дугуй зэрэг)
  • Боодол, сав суулга (лааз, тугалган цаас зэрэг)
  • Ус цэвэршүүлэх
  • Барилга (цонхны хүрээ, хаалга гэх мэт)
  • Цахилгаан дамжуулах шугам
  • Цэвэр хөнгөн цагааныг (99.980% - 99.999% Al) электроник, компакт дискэд
  • Компьютерын процессор, транзисторын хөргөлтийн системд
  • Нунтаг хөнгөн цагааныг будаг, пиротехникийн үйлдвэрлэлд
  • Анагаах ухаанд, эм, вакцинд адьювантаар

ИзотопиEdit

Хөнгөн цагааны атом масс нь 23-30 хүртэлх 9 изотопитой бөгөөд, үүнээс зөвхөн 27Al (тогтвортой) ба 26Al (тогтворгүй, хагас задралын хугацаа t1/2 = 7.2 × 105 жил) нь байгаль дээр тааралдана. 27Al тархалт 99.9+ %, 26Al нь Аргоны задралаар үүснэ.

Физик тогтмолуудEdit

  • Атомын радиус: 0,143 нм
  • Al3+ ионы радиус: 0,057 нм
  • Иончлолын энерги: Al3+ + 3 e− → Al
  • Цахилгаан сорог чанар: 1,6 эв
  • Нягт: 2,7г/см3

Нээсэн түүхEdit

1825 онд Данийн эрдэмтэн Ханс Кристиан Эрстед AlCl3-г калийн амальгамаар ангижруулж металл хөнгөн цагааныг анх гаргаж авчээ. 1827 онд германы химич Фридрих Вёлер энэ аргыг боловсронгуй болгож амальгамыг металл калигаар сольжээ.

Байгальд оршихEdit

Хөнгөн цагаан байгальд хамгийн их тархсан (газрын гадаргад 8%-г эзэлнэ) металл юм. Хөнгөн цагаан байгальд силикатууд (жонш, гялтгануур), мөн шаврын найрлагад байдаг. Хөнгөн цагааны нэгдлүүдээс хамгийн ач холбогдолтой нь Al2O3 (корунд рубин, сафир), ортоклаз (K Al Si3 O10), албит NaAlSi3O10, баналт (Al2 O3 * nH2O) юм.

  • Al-г гаргах орчин үеийн арга нь Al2O3–г элентролизэд оруулах явдал юм.
  • Хөнгөн цагаан +3 исэлдлийн зэрэг үзүүлэх бөгөөд комплекс нэгдэлдээ 4 ба 6 гэсэн координатын тоо үзүүлнэ.

Хөнгөн цагаан хүчилтөрөгчтэй эрчимтэй харилцан үйлчлэлцэж Al2O3 гэсэн оксид үүсгэнэ. 4Al+3O2→2 Al2O3 Хөнгөн цагаан агаарт исэлдсэний дүнд түүний гадаргууд оксидын нягт бүрхүүл үүснэ. Ийм бүрхүүлүүд үүссэнээр хөнгөн цагаанаар хийгдсэн эдлэлүүд агаарт, мөн усанд маш тогтвортой байна. Хэрэв гадаргуугийн ислэн бүрхүүлийг авах юм бол хөнгөн цагаан устай харилцан үйлчлэлцэж устөрөгчийг ялгаруулна. 2Al+6H2O→2Al(OH)3+3H2 Хүйтэнд HNO3, H2SO4-н концентрацитай хүчлүүдэд Al2O3 бүрхүүл үүссэнээр идэвхгүй болно. Бусад эрдсийн хүчилтэй идэвхтэй урвалд орж устөрөгч ялгаруулна. 2Al+6KOH+6H2O→2K3[Al(OH)6]+3H2

  • Алюминотермийн аргын үндэс болдог.

FeO2+8Al→4 Al2O3 +9Fe

  • Хөнгөнцагааны оксид:

Амеротер шинжтэй бөгөөд хүчил шүлттэй харилцан үйлчилнэ Al2O3 +6HCl→2AlCl3+3H2O Шүлтийн усан уусмалтай урвалд орж гидроксиалютнатыг үүсгэнэ. Al2O3 +NaOH+3H2O→2Na3[Al(OH)6] Al2O3-г натрийн гидроксидтой хольж хайлуулахад металюминат үүснэ. Al2O3 +2NaOH→2NaAlO2+H2O

Хөнгөн цагааны химийн шинжEdit

Хөнгөн цагаан металлын идэвхийн эгнээнд идэвх ихтэй металлуудын дараа байрладаг учир идэвхтэй металлын тоонд орно. Гэвч хөнгөн цагаанаар хийсэн сав суулга, эдлэл хүчилтөрөгч, устай харилцан үйлчлэлцдэггүй. Мөн ердийн температурт их концентрацитай азотын хүчилд уусдаггүй. Хөнгөн цагааны энэ шинж нь түүний хялбархан исэлдэж оксидын бүрхүүл үүсгэн цаашид исэлдэхээс хамгаалдагтай холбоотой. Хөнгөн цагаан нь мөнгөн усанд хялбархан уусаж, хөнгөн цагааны амальгамыг үүсгэдэг. Хөнгөн цагаан (оксидын бүрхүүлгүй) ердийн нөхцөлд устай харилцан үйлчлэлцэнэ. 2Al+6H2O=2Al(OH)3↓+3H2↑ Температурыг нэмэгдүүлэхэд хөнгөн цагаан металл бишүүд болон нийлмэл бодисуудтай харилцан үйлчлэнэ.

Цахим холбоосEdit

Wiktionary: Хөнгөн цагаан – Энэ үгийг тайлбар толиос харна уу
  Commons: Хөнгөнцагаан – Викимедиа дуу дүрсний сан

ЭшлэлEdit

  1. 1.0 1.1 Harry H. Binder: Lexikon der chemischen Elemente. S. Hirzel Verlag, Stuttgart 1999, ISBN 3-7776-0736-3.
  2. Die Werte für die Eigenschaften (Infobox) sind, wenn nicht anders angegeben, aus www.webelements.com (Aluminium) entnommen.
  3. CIAAW, Standard Atomic Weights Revised 2013.
  4. IUPAC, Standard Atomic Weights Revised 2013 (Excel-Tabelle).
  5. Manjeera Mantina, Adam C. Chamberlin, Rosendo Valero, Christopher J. Cramer, Donald G. Truhlar: Consistent van der Waals Radii for the Whole Main Group. In: The Journal of Physical Chemistry A. 113, 2009, S. 5806–5812, doi:10.1021/jp8111556.
  6. David R. Lide (Hrsg.): CRC Handbook of Chemistry and Physics. CRC Press, 1998, ISBN 0-8493-0479-2.
  7. Aluminium-Taschenbuch – Band 1, 16. Auflage, 2002, Aluminium-Verlag, Düsseldorf, S. 74.
  8. Robert C. Weast (Hrsg.): CRC Handbook of Chemistry and Physics. CRC (Chemical Rubber Publishing Company), Boca Raton 1990, ISBN 0-8493-0470-9, S. E-129 bis E-145. (Werte dort sind auf g/mol bezogen und in cgs-Einheiten angegeben. Der hier angegebene Wert ist der daraus berechnete maßeinheitslose SI-Wert).
  9. A. F. Holleman, E. Wiberg, N. Wiberg: Lehrbuch der Anorganischen Chemie. 91.–100., verbesserte und stark erweiterte Auflage. de Gruyter, Berlin 1985, ISBN 3-11-007511-3, S. 868.
  10. 10.0 10.1 Yiming Zhang, Julian R. G. Evans, Shoufeng Yang: Corrected Values for Boiling Points and Enthalpies of Vaporization of Elements in Handbooks. In: Journal of Chemical & Engineering Data. 56, 2011, S. 328–337, doi:10.1021/je1011086.
  11. W. B. Frank, W. E. Haupin, H. Vogt, M. Bruno, J. Thonstad, R. K. Dawless, H. Kvande, O. A. Taiwo: Aluminium. In: Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. Wiley-VCH, Weinheim 2009, doi:10.1002/14356007.a01_459.pub2.
  12. Joseph L. Rose: Ultrasonic Waves in Solid Media. Cambridge University Press, 2004, ISBN 978-0-521-54889-2, S. 44 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
  13. Tribikram Kundu: Ultrasonic and Electromagnetic NDE for Structure and Material Characterization. CRC Press, 2012, ISBN 978-1-4398-3663-7, S. 94 ff. (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
  14. Aluminium-Taschenbuch – Band 1, 16. Auflage, 2002, Aluminium-Verlag, Düsseldorf, S. 77.
  15. Nicht-Eisen-Metalle. (PDF).
  16. Eintrag zu Aluminium, Pulver, nicht stabilisiert in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA, abgerufen am 9. August 2016 (JavaScript erforderlich).
  17. Eintrag zu Aluminium, Pulver, phlegmatisiert in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA, abgerufen am 9. August 2016 (JavaScript erforderlich).
  18. Eintrag zu Aluminium im Classification and Labelling Inventory der Европын химийн агентлаг (ECHA), abgerufen am 1. August 2016. Hersteller bzw. Inverkehrbringer können die harmonisierte Einstufung und Kennzeichnung erweitern.
  19. Datenblatt Хөнгөн цагаан bei AlfaAesar, abgerufen am 13. März 2011 (JavaScript erforderlich).