Металлический алюминий как важнейший конструкционный материал.

Элементы III А группы.

Подгруппа бора — главная подгруппа III группы. По новой классификации ИЮПАК: 13 группа элементов Периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, в которую входят бор B, алюминий Al, галлий Ga, индий In и таллий Tl. Все элементы данной подгруппы, за исключением бора, металлы.

К III группе относятся бор, алюминий, галлий, индии, таллий (главная подгруппа), а также скандий, иттрий, лантан и лантаноиды, актиний и актиноиды (побочная подгруппа).

Бор как микроэлемент.

Бор – уникальный элемент, не входящий в группу металлов. Он необходим растениям в течение всей жизни, так как участвует в транспорте углеводов, в частности сахаров, синтезе клеточных стенок, достаточное для растения количество его повышает интенсивность фотосинтеза, улучшает углеводородный, нуклеиновый и белковый обмен, активизирует деятельность ферментов, благотворно влияет на процессы деления клеток.

Бор принимает участие в регуляции правильного соотношения кальция и фосфора в костной ткани. Кроме непосредственного воздействия на формирование скелета, элемент влияет на опорно-двигательный аппарат через витамин Д. Он способствует переходу неактивной формы этого витамина в активную, который происходит, как известно, под воздействием солнечных лучей.

Металлический алюминий как важнейший конструкционный материал.

Алюминий 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).

Алюминиево-магниевые сплавы обладают высокой коррозионной стойкостью и хорошо свариваются

Алюминиево-медные сплавы (в частности, дюралюминий) можно подвергать термообработке, что намного повышает их прочность.

Алюминиево-кремниевые сплавы (силумины) лучше всего подходят для литья. Из них часто отливают корпуса разных механизмов.

Легирующими элементами в алюминиевых сплавах являются: марганец, медь, литий, цинк, магний, кремний, железо, никель и др., модифицирующими добавками - титан, цирконий, бор и др.

Легирующие элементы - специально вводимые в алюминий (или сплавы) добавки (как правило, более 0,5-1%) для получения нужных основных свойств в создаваемом сплаве (Mg, Cu, Si, Zn и др.).

Модификаторы - это такие специально вводимые элементы, как правило менее 1%, для получения специальных свойств материала.

Примеси - элементы, присутствующие в сплавах (как правило, менее 0,5%), которые специально не вводились, а попали одновременно с алюминием или легирующими и модифицирующими элементами, как их спутники из шихты (Fe, Si, Na, Sn, Bi и др.).

Алюминий. По распространённости в земной коре занимает 1-е место среди металлов и 3-е место среди элементов, уступая только кислороду и кремнию. Массовая концентрация алюминия в земной коре, по данным различных исследователей, оценивается от 7,45 до 8,14 %

Бор. Чрезвычайно твёрдое вещество (уступает только алмазу, нитриду бора (боразону), карбиду бора, сплаву бор-углерод-кремний, карбиду скандия-титана). Обладает хрупкостью и полупроводниковыми свойствами (широкозонный полупроводник).

Среднее содержание бора в земной коре составляет 4 г/т. Несмотря на это, известно около 100 собственных минералов бора; в «чужих» минералах он почти не встречается.

Галий. Среднее содержание галлия в земной коре — 19 г/т. Галлий — типичный рассеянный элемент, обладающий двойной геохимической природой. Плотность галлия в твёрдом состоянии при температуре 20°C равна 5,904 г/см³, жидкий галлий (t _пл. = 29,8°C) имеет плотность 6,095 г/см³, то есть при затвердевании объём галлия увеличивается. Это свойство является весьма редким, его проявляют лишь немногие простые вещества и соединения.

Индий. Индий самостоятельных месторождений не образует, а входит в состав руд месторождений других металлов.

Физические свойства

· Температура плавления 156,5985 °C (429,7485 K)^[2]

· Температура кипения 2072 °C (2345 K)

· Плотность: 7,362 (+20 °C, г/см³)

· 7,023 (157 °C, г/см³)

· 5,763 (2109 °C, г/см³)

· Критическая температура сверхпроводимости (атмосферное давление, массивные образцы) 3,405 K

· Давление паров (в мм рт. ст.):

· 0,01 (912 °C)

· 0,1 (1042 °C)

· 1 (1205 °C)

· 10 (1414 °C)

· 100 (1688 °C)

· Удельная теплоёмкость при постоянном давлении (0—150 °C): 0,238 Дж/г·K

Таллий. Таллий — рассеянный элемент. Содержится в обманках и колчеданах цинка, меди и железа, в калийных солях и слюдах. Таллий — тяжёлый металл.

Таллий очень пластичен и мягок (легко режется ножом). Данное описание напоминает физические свойства свинца (плотность 11,34 г/см3) или какого-нибудь щелочного металла (например, литий легко режется ножом). Таллий существует в трёх модификациях: при давлении 0,1 Мн/м2 (1 кгс/см2) и температуре ниже 233 °С имеет гексагональную плотноупакованную решетку с параметрами а = 3,4496 A и с = 5,5137 A, выше 233 °С — объемноцентрированную кубическую (а = 4,841 A), при высоких давлениях 3,9 Гн/м2 (39000 кгс/см2) — гранецентрированную кубическую. По температуре плавления (для таллия она составляет 303,6 ° C) восемьдесят первый элемент также напоминает свинец, у которого температура перехода из твердого состояния в жидкое составляет 327,4 °C. То же относится и к температурам кипения — у таллия 1457 °C, у свинца — 1 740 °C.