Алуминият (Aluminium) е химичен елемент с атомен номер 13 и символ Al, принадлежащ към групата на постпреминаващите метали. Той е лек, сребристо-бял, ковък и устойчив на корозия метал, който днес се смята за един от най-важните индустриални материали в света.
| Алуминий | |
 | |
| Информационна таблица | |
| Параметър | Информация |
|---|---|
| Име на елемента (български) | Алуминий |
| Латинско / международно наименование | Aluminium |
| Химичен символ | Al |
| Пореден номер (атомно число) | 13 |
| Период и група в таблицата | Период 3, група 13 |
| Блок (s, p, d, f) | p-блок |
| Категория / тип елемент | Метал |
| Атомна маса | 26.9815385 u |
| Изотопи | ²⁷Al (стабилен), ²⁶Al (радиоактивен) |
| Плътност | 2.70 g/cm³ |
| Температура на топене | 660.3°C |
| Температура на кипене | 2519°C |
| Кристална структура | Кубична гранецентрична (fcc) |
| Цвят / външен вид | Сребристо-бял метал |
| Агрегатно състояние при 20°C | Твърдо |
| Откривател / година на откриване | Ханс К. Ерстед, 1825 г. |
| Място на откриване | Дания |
| Етимология на името | От латинското „alumen“ – стипца |
| Химическа формула | Al |
| Окислителни степени | +3 |
| Електронна конфигурация | [Ne] 3s² 3p¹ |
| Електроотрицателност (Паулинг) | 1.61 |
| Йонизационна енергия | 5.986 eV |
| Ковалентен радиус | 121 pm |
| Атомен радиус | 143 pm |
| Топлопроводимост | 235 W/(m·K) |
| Електрическа проводимост | Отлична |
| Магнитни свойства | Немагнитен |
| Честота в земната кора | 8.23% |
| Основни минерали и съединения | Боксит, каолин, корунд, криолит |
| Разпространение в природата | Минерали и скали |
| Начини за получаване / добив | Електролиза на алуминиев оксид (Хол-Еру процес) |
| Основни производители в света | Китай, Русия, Индия, Австралия |
| Основни приложения | Машиностроене, строителство, електротехника, опаковки |
| Биологично значение | Неесенциален елемент |
| Токсичност и безопасност | Нетоксичен в ниски дози; потенциално невротоксичен в излишък |
| Използване в индустрията | Сплави, фолио, проводници, корпуси |
| Използване в медицината / фармацията | Антиациди, ваксини, адюванти |
| Ядрени свойства | Слабо неутронопоглъщащ материал |
| Наличие в атмосферата / океаните | Следи от алуминиеви съединения |
| Методи за рециклиране / повторна употреба | Топене и повторно формоване на сплави |
| Глобално годишно производство | Над 68 милиона тона (2024 г.) |
| Научна дисциплина | Химия, металургия, екология |
| CAS номер | 7429-90-5 |
| PubChem CID | 5359268 |
| Състояние при стандартни условия (STP) | Твърдо |
| Класификация по IUPAC | Постпреминаващ метал |
| Символика и културно значение | Символ на лекота, модерност и технологичен прогрес |
Благодарение на своите свойства – ниско тегло, висока здравина, отлична електропроводимост и лесна обработка – алуминият се използва в почти всички отрасли: от авиацията и електротехниката до архитектурата и хранително-вкусовата промишленост.
Алуминият е третият най-разпространен елемент в земната кора (след кислорода и силиция) и най-разпространеният метал в нея, съставлявайки около 8.23% от масата ѝ. Въпреки това, поради високата си химическа активност, в природата не се среща в чист вид, а само под формата на съединения – най-вече в алуминиеви оксиди и силикати.
Физични и химични свойства
Алуминият е лек метал с плътност само 2.70 g/cm³, което е около три пъти по-малко от тази на желязото. Той е мек, ковък и пластичен, но при подходящи сплави придобива голяма якост и устойчивост на натоварване.
Физични характеристики:
- Атомен номер: 13
- Атомна маса: 26.9815385 u
- Плътност: 2.70 g/cm³
- Температура на топене: 660.3°C
- Температура на кипене: 2519°C
- Топлопроводимост: 235 W/(m·K)
- Електрическа проводимост: 60% от тази на медта
- Цвят: Сребристо-бял
При контакт с въздуха алуминият образува тънък слой алуминиев оксид (Al₂O₃), който го предпазва от корозия и прави метала изключително устойчив на атмосферни влияния.
Химически алуминият е амфотерен – реагира както с киселини, така и с основи. Той не реагира с вода при нормални условия поради пасивацията си, но при нагряване или във вид на прах може да я разлага, отделяйки водород.
История на откриването
В древността алуминият бил познат само под формата на соли, наричани „алуминиеви стипци“, използвани при багрене на тъкани. През 1825 г. датският химик Ханс Кристиан Йоргенсен Ерстед за първи път изолира малко количество метален алуминий чрез химическо редуциране на алуминиев хлорид с калий.
Масовото производство започва едва през 1886 г., когато Чарлз Хол (САЩ) и Пол Еру (Франция) независимо един от друг разработват електролитния процес Хол-Еру, при който алуминиев оксид се разтопява в криолит и се електролизира. Този метод и до днес е основният начин за добив на алуминий.
Разпространение и източници
Алуминият е широко разпространен в земната кора и се съдържа главно в минералите:
- Боксит (Al₂O₃·2H₂O) – основна руда за промишления добив;
- Криолит (Na₃AlF₆);
- Каолин (Al₂Si₂O₅(OH)₄);
- Фелдшпати и слюди.
Основните световни производители на алуминий са Китай, Русия, Канада, Индия и Австралия, като суровината най-често идва от бокситови находища в тропическите зони.
Изотопи
Алуминият има само един стабилен изотоп – ²⁷Al, който представлява 100% от естествения му изотопен състав. Радиоактивният ²⁶Al (с полуживот около 7.17×10⁵ години) се използва в геохронологията и космическите изследвания.
Приложения
Благодарение на своята лека маса, висока устойчивост и рециклируемост, алуминият има изключително разнообразни приложения:
- Използва се за автомобилни и самолетни конструкции, велосипеди, кораби и железопътни системи.
- Алуминиевите сплави с магнезий, мед и цинк съчетават лекота и здравина.
- Използва се за фасади, прозорци, покриви и мостови конструкции поради устойчивостта си на атмосферни влияния.
- Благодарение на високата си електропроводимост и ниско тегло, алуминият е основен материал за електропроводи и трансформатори.
- Използва се за алуминиево фолио, кенове, опаковки за храни и лекарства, поради нетоксичността и устойчивостта си на корозия.
- Алуминиевите прахове участват в пиротехника, ракетни горива и термитни смеси.
- Използва се за кухненски съдове, велосипеди, мебели, телефони, лаптопи и др.
Биологично и здравно значение
Алуминият не е есенциален елемент за човешкия организъм и не играе биологична роля. В малки количества той е безвреден, но при прекомерно натрупване може да бъде токсичен, особено за нервната система.
Източници на алуминий в ежедневието:
- Хранителни добавки и съдове;
- Антиациди и дезодоранти;
- Водопроводна вода при третиране с алуминиев сулфат.
Според Световната здравна организация приемът на алуминий не трябва да надвишава 1 mg/kg телесна маса дневно.
Екологично значение и рециклиране
Едно от най-големите предимства на алуминия е неговата 100% рециклируемост без загуба на качества. Рециклирането на алуминиеви изделия спестява до 95% от енергията, необходима за производството му от боксит.
Рециклираният алуминий се използва в производството на автомобили, опаковки и строителни материали, което го прави ключов елемент на зелената икономика.
Интересни факти
Преди 19 век алуминият е бил по-скъп от златото и среброто поради трудния му добив. Върхът на Вашингтонския монумент е покрит с алуминиево покритие още през 1884 г. Повече от 75% от произведения алуминий в света е все още в употреба, благодарение на рециклирането. Алуминият се среща дори в лунния реголит и метеорити.