1.Положення в пс

Алюмі́ній (Al) (рос. алюминий, англ. aluminium, нім. Aluminium) — хімічний елемент III групи періодичної системи, його атомний номер 13, відносна атомна маса 26,9815. В природі існує єдиний стабільний ізотоп ²⁷Al. Третій за вмістом елемент (і найпоширеніший метал) земної кори, що становить приблизно 8% від її маси.

2.Фізичні властивості

Алюміній — сріблясто-білий легкий метал, добрий провідник тепла і електрики, пластичний, легко піддається механічній обробці.

Кристалічна структура і атомний радіус

Алюміній має кубічну гранецентровану кристалічну ґратку (просторова група Fm3m). Найближча відстань між двома атомами становить 2,863Å. Прийнятий період кристалічної ґратки алюмінію a = 4.0414 Å при кімнатній температурі^[6]. Кристалічна ґратка стабільна при температурах від 4К і до температури плавлення 933К. Параметр ґратки дуже слабо змінюється від наявності домішок.

Атомний радіус алюмінію визначений як половина між найближчими атомами-сусідами в кристалічній структурі і рівний 1,43Å. В кристалічній структурі алюмінію металічний зв'язок.

Густина

Теоретична густина алюмінію обрахована за параметрами його кристалічної гратки становить 2,69872 г/см³. Експериментальні дані густини для полікристалічного алюмінію 99,996% чистоти становлять 2,6989 (при 20 °C) г/см³, а длямонокристалів — на 0,34% вище.

Так, густина розплавленого алюмінію чистотою 99,996% на 6,6% менше, ніж у твердого металу, і при температурі 973 К складає 2357 кг/м³ і майже лінійно знижується до 2304 кг/м³ при температурі 1173 К.

Термічне розширення

Коефіцієнт термічного розширення α відпаленого алюмінію чистотою 99,99% при температурі 293 К складає 23·10⁻⁶ і практично лінійно зростає до 37,3·10⁻⁶ К⁻¹ при температурі 900 К.

Теплопровідність

Теплопровідність повністю відпаленого алюмінію в твердому стані знижується з ростом температури від 2,37 (298 К) до 2,08 Вт·см⁻¹·К⁻¹ (933,5 К) і при температурах вище 100 К вона малочутлива до чистоти металу.

При нагріванні алюмінію і переході його з твердого стану в рідкий у нього різко зменшується теплопровідність: з 2,08 до 0,907 Вт·см⁻¹·К⁻¹, а далі з ростом температури вона збільшується і при температурі 1000 °C складає вже 1,01 Вт·см⁻¹·К⁻¹.

Електропровідність

Питомий опір алюмінію високої чистоти (99,99%) при температурі 20 °C складає 2,6548·10⁻⁸. Провідність алюмінію сильно залежить від його чистоти, причому вплив різних домішок залежить не тільки від концентрації цієї домішки, а й від того чи вона знаходиться в твердому розчині чи поза ним. Найбільш сильно підвищують опір алюмінію домішки хрому, літію, мангану, магнію, титану і ванадію. Питомий опір ρ (мкОм·м) відпаленого алюмінієвого дротика в залежності від вмісту домішок (%) можна приблизно визначити за наступною формулою:

ρ = 0,0264 + 0,007Si + 0,0007Fe + 0,04(Ti + V + Cr +Mn)

При температурі 1,175 ± 0,001 К алюміній переходить в надпровідний стан.

Питомий опір алюмінію при переході з твердого стану в рідкий стрибком зростає з 11 до 24 МкОм·см.

Плавлення і кристалізація

Температура плавлення алюмінію дуже чутлива до чистоти металу і для високочистого алюмінію (99,996%) становить 933,4 К (660,3 °C), а температура початку кристалізації алюмінію за Міжнародною шкалою температур (1968 р.) вважається рівною 660,37 °C і використовується протягом десятків років для калібрування термопар. Підвищення зовнішнього тиску збільшує температуру плавлення алюмінію, і вона досягає 700 °C при тиску близько 100 МПа.

Температура кипіння алюмінію становить приблизно 2452 °C, прихована теплота плавлення чистого алюмінію — 397 Дж·г⁻¹, а прихована теплота випаровування 9462Дж·г⁻¹.

Питома теплоємність С_р алюмінію при 0 °C становить 0,90 Дж·г⁻¹·К⁻¹, зі збільшенням температури воні зростає і визначається рівнянням:

С_р = С₀ + bT,

де С₀ — теплоємість при температурі 0 °C; b = 2,96·10⁻³; T — температура, К.

Поверхневий натяг

Поверхневий натяг σ має максимальне значення при температурі плавлення і з ростом температури він знижується:

σ = 868 — 0,152(t — t_п),

де σ — поверхневий натяг, Н/м; t — температура, °C; t_п — температура плавлення алюмінію, °C.

В'язкість

В'язкість алюмінію при температурі плавлення становить 0,012 Па·с і збільшується при наявності навіть невеликого вмісту твердих включень, наприклад, оксиду алюмінію і нерозчинних домішок. З ростом температури в'язкість знижується.Легуючі добавки Ti, Fe, Cu збільшують, а Si і Mg знижують в'язкість сплаву.

Термодинамічні властивості

Основні термодинамічні властивості алюмінію в рідкому і твердому станах наведені в таблиці (температура в Кельвінах, теплоємність, ентропія і ентальпія в Дж·моль⁻¹·К⁻¹).