Cine a descoperit aluminiul. Aluminiu: proprietăți chimice și fizice
Descoperirea documentată a aluminiului a avut loc în 1825. Acest metal a fost obținut pentru prima dată de fizicianul danez Hans Christian Oersted, când l-a izolat prin acțiunea amalgamului de potasiu asupra clorurii de aluminiu anhidru (obținut prin trecerea clorului printr-un amestec fierbinte de oxid de aluminiu și cărbune). ). După ce a distilat mercurul, Oersted a obținut aluminiu, deși era contaminat cu impurități. În 1827, chimistul german Friedrich Wöhler a obținut aluminiu sub formă de pulbere prin reducerea hexafluoraluminatului cu potasiu. Metoda modernă de producere a aluminiului a fost descoperită în 1886 de un tânăr cercetător american, Charles Martin Hall. (Din 1855 până în 1890, au fost produse doar 200 de tone de aluminiu, iar în următorul deceniu, folosind metoda lui Hall, 28.000 de tone din acest metal au fost produse în întreaga lume.) Aluminiul cu o puritate de peste 99,99% a fost obținut pentru prima dată prin electroliză în 1920. În 1925, Edwards a publicat câteva informații despre proprietățile fizice și mecanice ale unui astfel de aluminiu. În 1938 Taylor, Willey, Smith și Edwards au publicat un articol care dă unele proprietăți ale aluminiului cu o puritate de 99,996%, obținut tot în Franța prin electroliză. Prima ediție a monografiei despre proprietățile aluminiului a fost publicată în 1967. Până de curând, se credea că aluminiul, ca metal foarte activ, nu putea să apară în natură în stare liberă, ci în 1978. În rocile platformei siberiei a fost descoperit aluminiu nativ - sub formă de cristale sub formă de fir de numai 0,5 mm lungime (cu o grosime a firului de câțiva micrometri). Aluminiul nativ a fost descoperit și în solul lunar adus pe Pământ din regiunile Mărilor Crizei și Abundenței.
Materiale de construcție din aluminiu
Compușii de aluminiu sunt cunoscuți de om din cele mai vechi timpuri. Unul dintre ei a fost lianți, care includ alaun de aluminiu-potasiu KAl(SO4)2. Au găsit o aplicare largă. Au fost folosite ca mordant și ca dop de sânge. Impregnarea lemnului cu o soluție de alaun de potasiu l-a făcut neinflamabil. Se știe un fapt istoric interesant, cum Archelaus, un comandant de la Roma, în timpul războiului cu perșii, a ordonat ca turnurile, care serveau drept structuri de apărare, să fie mânjite cu alaun. Perșii nu au reușit niciodată să le ardă.
Un alt compus de aluminiu a fost argilele naturale, care au inclus oxid de aluminiu Al2O3.
Primele încercări de a obține aluminiu abia la mijlocul secolului al XIX-lea. Încercarea făcută de savantul danez H.K. Oersted a fost încununată de succes. Pentru a-l obține, a folosit potasiu amalgamat ca reducător de aluminiu din oxid. Dar nu s-a putut afla ce fel de metal se obține atunci. Un timp mai târziu, doi ani mai târziu, aluminiul a fost obținut de chimistul german Wöhler, care a obținut aluminiu folosind încălzirea clorurii de aluminiu anhidru cu potasiu metal.
Mulți ani de muncă ai savantului german nu au fost în zadar. Pe parcursul a 20 de ani, a reușit să pregătească metal granulat. S-a dovedit a fi asemănător cu argintul, dar era mult mai ușor. Aluminiul era un metal foarte scump, iar până la începutul secolului al XX-lea, costul său era mai mare decât costul aurului. Prin urmare, de mulți, mulți ani, aluminiul a fost folosit ca expoziție la muzeu. În jurul anului 1807, Davy a încercat să efectueze electroliza aluminei și a obținut un metal numit aluminiu (Alumium) sau aluminiu (Aluminiu), care este tradus din latină ca alaun.
Producția de aluminiu din argile a fost de interes nu numai pentru chimiști, ci și pentru industriași. Aluminiul era foarte greu de separat de alte substanțe, ceea ce a contribuit la faptul că era mai scump decât aurul. În 1886, chimistul C.M. Hall a propus o metodă care a făcut posibilă obținerea metalului în cantități mari. În timpul cercetărilor, el a dizolvat oxidul de aluminiu în topitura criolită de AlF3 nNaF. Amestecul rezultat a fost plasat într-un vas de granit și un curent electric continuu a fost trecut prin topitură. A fost foarte surprins când, după ceva timp, a descoperit plăci de aluminiu pur pe fundul vasului. Această metodă este în prezent principala pentru producția de aluminiu la scară industrială. Metalul rezultat a fost bun în toate, cu excepția rezistenței, care era necesară pentru industrie. Și această problemă a fost rezolvată. Chimistul german Alfred Wilm a aliat aluminiul cu alte metale: cupru, mangan și magneziu. Rezultatul a fost un aliaj mult mai rezistent decât aluminiul.
Metode de obținere
| |||
În industrie, aluminiul este produs prin electroliza Al2O3 în criolitul topit Na3 la o temperatură de 950°C.
2Al2O3 = 4Al(3+) + 6O(2-) = 2Al + 3O2
Principalele reactii ale proceselor:
CaF2 + H2SO4 → 2HF + CaSO4 (15.z)
SiO2 + 6HF →H2SiF6 + 2H2
HF și H2SiF6 sunt produse gazoase captate de apă. Pentru a desiliconiza soluția rezultată, cantitatea calculată de sifon este mai întâi introdusă în ea:
H2SiF6 + Na2CO3 → Na2SiF6 + CO2 + H2O (15.i)
Se separă Na2SiF6 puțin solubil, iar soluția de acid fluorhidric rămasă este neutralizată cu sodă în exces și hidroxid de aluminiu pentru a obține criolit:
12HF + 3Na2CO3 + 2Al(OH)3 → 2(3NaF AlF3) + 3CO2 + 9H2O (15.k)
NaF și AlF3 pot fi obținute separat în același mod dacă soluția desiliconizată de acid fluorhidric este neutralizată cu o cantitate calculată de Na2CO3 sau Al(OH)3.
Proprietăți fizice
Aluminiul este un metal alb-argintiu, ușor, durabil. Densitatea sa este de 2,7 g/cm3, de aproape trei ori mai ușoară decât fierul. Este bine prelucrat: laminat, forjat, ștanțat, tras în sârmă, are o conductivitate electrică bună (după argint și cupru, este cel mai bun conductor de căldură și electricitate)
Proprietăți chimice
1) Aluminiul metalic formează aliaje cu multe metale: Cu, In, Mg, Mn, Ni, Cr etc.
2) Aluminiul interacționează cu multe nemetale: sub formă de praf și așchii, arde în oxigen, eliberând o cantitate mare de căldură, formând oxid de aluminiu:
4 Al + 3O2 → Al2O3
3) Aluminiul interacționează cu multe substanțe complexe. Aluminiul este practic rezistent la apă, deoarece este acoperit cu un strat subțire de oxid. La temperaturi ridicate, lipsit de peliculă de protecție, interacționează cu apa conform ecuației
2Al + 6 H2O → 2Al(OH)3 + 3H2
Aplicație
Aliajele pe bază de aluminiu sunt utilizate pe scară largă deoarece sunt ușoare, puternice și rezistente la aer, apă și acizi. În inginerie electrică, aluminiul este utilizat pentru producerea de fire masive în linii aeriene și cabluri de înaltă tensiune; în producția de condensatoare electrice, redresoare, dispozitive semiconductoare; ca material structural în reactoare nucleare; în echipamente şi aparate pentru industria alimentară. Cuțitele sunt furnizate ambalate într-o cutie de 10 bucăți (cu excepția cuțitelor de amputare), lubrifiate cu lubrifiant conservant sau sigilate într-o pungă de plastic cu inhibitori de coroziune.
Înainte de ambalare, bisturiile sunt lubrifiate cu un strat subțire de grăsime naturală și așezate în 10 bucăți. în cutii de carton cu fante care protejează marginile tăietoare de tocit.
Cleste medicale: înainte de ambalare, fiecare instrument individual, pre-acoperit cu un lubrifiant neutru, este învelit în pergament sau hârtie cerată și așezat 5-10 bucăți în cutii de carton. La depozitarea sculei pentru o perioadă lungă de timp, arcul trebuie să fie descărcat, pentru care capătul său superior (îndreptat către fălci) trebuie îndepărtat din planul sculei, adică mutat de la ramură în lateral și astfel să prevină oboseala a primăverii.
Este permisă ambalarea instrumentelor de același tip în recipiente de grup fără ambalaj de consum sau piele. Ambalajele de consum cu unelte trebuie ambalate în ambalaje de grup - cutii, pachete, pungi, eprubete și alte tipuri progresive de ambalaje. Materialele utilizate pentru fabricarea containerelor și proiectarea containerului trebuie să asigure siguranța instrumentelor în timpul transportului și depozitării. Ambalajele de consum și de grup trebuie să împiedice posibilitatea deschiderii acestuia fără a compromite integritatea ambalajului în timpul transportului și depozitării. La deschiderea unui pachet folosind recipiente reutilizabile, integritatea containerului nu ar trebui să fie compromisă. Suprafețele ambalajelor destinate consumatorilor și grupurilor nu trebuie să aibă distorsiuni, fisuri, rupturi, deformari, găuri sau pliuri. Pe suprafața cutiilor din materiale polimerice sunt permise urme de la conectorul matriței, conductele și ejectoarele.
Concluzie
Se știe că în elementele p subnivelul p al nivelului electronic exterior este umplut cu electroni, care pot conține de la unu la șase electroni.
Există 30 de elemente p în tabelul periodic. Aceste elemente p, sau analogii lor p-electron, formează subgrupele IIIA, IVA, VA, VIA, VIIA și VI IIA. Structura nivelului electronic exterior al atomilor elementelor acestor subgrupe se dezvoltă astfel: ns2 p1, ns2 p2, ns2 p3, ns2 p4, ns2 p5 și ns2 p6.
În general, elementele p, cu excepția aluminiului, au activitate de reducere relativ slabă. Dimpotrivă, în timpul tranziției de la subgrupul IIIA la subgrupul VIIA, se observă o creștere a activității oxidative a atomilor neutri, valorile afinității electronilor și ale energiei de ionizare cresc, iar electronegativitatea elementelor p crește.
În atomii de elemente p, nu numai electronii p, ci și electronii s ai nivelului exterior au valență. Cea mai mare stare de oxidare pozitivă a analogilor p-electronici este egală cu numărul grupului în care se află.
Bibliografie
1. Drozdov A.A., Chimie organică 2012
2. Komissarov L.N., Chimie anorganică 2011
3. Nesvezhisky S.N., formule în chimie 2012
4. Tretyakova Yu.D., Chimie anorganică 2011-2012
5. http://tochmeh.ru/info/alum2.php
6. http://www.bestreferat.ru/referat-121916.html
Numele „aluminiu” provine de la „aluminiu”, o substanță descoperită de chimistul englez Humphry Davy în 1807. Rădăcina cuvântului „alum” înseamnă „alun”, care este o sare de aluminiu.
Încercările lui Humphrey de a izola metalul descoperit în forma sa pură au eșuat și abia în 1825 un alt om de știință, danezul Hans Christian Oersted, a reușit să obțină aluminiu fără impurități.
Alți 20 de ani mai târziu, omul de știință german Friedrich Wehler a efectuat primele studii aprofundate ale proprietăților aluminiului. Scopul lui Wehler a fost să descopere secretul ușurinței acestui metal.
Mulți dintre oamenii de știință din acea vreme au încercat să rezolve problema izolării acestui metal; au fost propuse diferite metode, dar toate aveau propriile defecte. Așadar, la mijlocul anilor 50 ai secolului al XIX-lea, francezul Henri Saint-Clair Deville a învățat cum să producă aluminiu folosind sodiu, dar producția a fost de doar câteva kilograme de metal ușor. Ca urmare, această metodă practic nu a fost folosită în producția industrială, dar a devenit larg răspândită în rândul oamenilor de știință, ceea ce le-a permis să efectueze mai multe experimente pentru a studia caracteristicile aluminiului.
Istoria producerii aluminiului prin topire a început la sfârșitul secolului al XIX-lea. Această metodă a fost descoperită în 1886 simultan de doi oameni de știință diferiți: americanul Charles Hall și francezul Paul Héroux. Un fapt interesant este că ei nu numai că au inventat metoda Hall-Heroux, așa cum a fost numită mai târziu, în același an, dar și datele de naștere și de deces coincid (1863-1914).
2 ani mai târziu, austriacul Karl Weier a modernizat metoda Hall-Heroult, luând bauxita mai degrabă decât oxidul de aluminiu ca materie primă pentru producția de aluminiu. Acest lucru a dus la o scădere cu 80% a prețurilor aluminiului și la utilizarea sa pe scară largă în industrie.
Aluminiul a început să fie folosit aproape peste tot: de la sfera domestică până la producția de arme. Scriitorul celebru Jules Verne l-a menționat în lucrările sale. Acolo, eroii au construit rachete și nave din aluminiu.
Invenția placajului multistrat, a cauciucului și, desigur, a plasticului a contribuit, de asemenea, la dezvoltarea utilizării aluminiului. Toate aceste materiale au fost integrate activ cu aluminiul în producția de dispozitive și mecanisme complexe. Dinamica dezvoltării producției de aluminiu este evidențiată de faptul că, de-a lungul a peste o sută de ani, de la sfârșitul secolului al XIX-lea până în secolul al XXI-lea, producția de aluminiu a crescut de 110 mii de ori, iar în 2010 s-a ridicat la 40 de milioane de tone.
Prepararea alaunului de potasiu
Aluminiu(latină: aluminiu), – în tabelul periodic, aluminiul se află în a treia perioadă, în subgrupul principal al celui de-al treilea grup. Încărcare de bază +13. Structura electronică a atomului este 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1. Raza atomică metalică este de 0,143 nm, raza covalentă este de 0,126 nm, raza convențională a ionului Al 3+ este de 0,057 nm. Energia de ionizare Al – Al + 5,99 eV.
Cea mai caracteristică stare de oxidare a atomului de aluminiu este +3. Stările de oxidare negativă apar rar. Există subniveluri d libere în stratul exterior de electroni al atomului. Datorită acestui fapt, numărul său de coordonare în compuși poate fi nu numai 4 (AlCl 4-, AlH 4-, aluminosilicați), ci și 6 (Al 2 O 3, 3+).
Referință istorică. Denumirea Aluminiu provine din latină. alumen - deci în 500 î.Hr. numit alaun de aluminiu, care era folosit ca mordant pentru vopsirea țesăturilor și pentru tăbăcirea pieilor. Omul de știință danez H. K. Oersted în 1825, acționând cu amalgam de potasiu pe AlCl 3 anhidru și apoi distilând mercurul, a obținut aluminiu relativ pur. Prima metodă industrială de producere a aluminiului a fost propusă în 1854 de chimistul francez A.E. Sainte-Clair Deville: metoda a constat în reducerea clorurii duble de aluminiu și sodiu Na 3 AlCl 6 cu sodiu metalic. Asemănător ca culoare cu argintul, aluminiul a fost foarte scump la început. Din 1855 până în 1890, au fost produse doar 200 de tone de aluminiu. Metoda modernă de producere a aluminiului prin electroliza topiturii criolit-alumină a fost dezvoltată în 1886 simultan și independent de C. Hall în SUA și P. Heroux în Franța.
Fiind în natură
Aluminiul este cel mai comun metal din scoarța terestră. Reprezintă 5,5–6,6 mol. fracție% sau 8% în greutate Masa sa principală este concentrată în aluminosilicați. Un produs extrem de comun al distrugerii rocilor formate de acestea este argila, a cărei compoziție principală corespunde formulei Al 2 O 3. 2SiO2. 2H 2 O. Dintre celelalte forme naturale de aluminiu, bauxita Al 2 O 3 are cea mai mare importanță. xH 2 O și minerale corindon Al 2 O 3 și criolit AlF 3 . 3NaF.
Chitanță
În prezent, în industrie, aluminiul este produs prin electroliza unei soluții de alumină Al 2 O 3 în criolitul topit. Al 2 O 3 trebuie să fie destul de pur, deoarece impuritățile sunt greu de îndepărtat din aluminiul topit. Punctul de topire al Al 2 O 3 este de aproximativ 2050 o C, iar criolitul este de 1100 o C. Un amestec topit de criolit și Al 2 O 3 care conține aproximativ 10% în greutate Al 2 O 3 este supus electrolizei, care se topește la 960°C. o C și are conductivitate electrică, densitate și vâscozitate, cele mai favorabile procesului. Odată cu adăugarea de AlF 3, CaF 2 și MgF 2, electroliza devine posibilă la 950 o C.
Electrolizorul pentru topirea aluminiului este o carcasă de fier căptușită cu cărămizi refractare pe interior. Fundul său (dedesubt), asamblat din blocuri de cărbune comprimat, servește drept catod. Anozii sunt amplasați deasupra: acestea sunt cadre de aluminiu umplute cu brichete de cărbune.
Al 2 O 3 = Al 3+ + AlO 3 3-
Aluminiul lichid este eliberat la catod:
Al 3+ + 3е - = Al
Aluminiul este colectat la fundul cuptorului, de unde este eliberat periodic. Oxigenul este eliberat la anod:
4AlO 3 3- – 12e - = 2Al 2 O 3 + 3O 2
Oxigenul oxidează grafitul în oxizi de carbon. Pe măsură ce carbonul arde, anodul este construit.
Aluminiul este, de asemenea, utilizat ca aditiv de aliere pentru multe aliaje pentru a le conferi rezistență la căldură.
Proprietățile fizice ale aluminiului. Aluminiul combină un set foarte valoros de proprietăți: densitate scăzută, conductivitate termică și electrică ridicată, ductilitate ridicată și rezistență bună la coroziune. Poate fi ușor forjat, ștanțat, rulat, desenat. Aluminiul este bine sudat prin gaz, contact și alte tipuri de sudare. Rețeaua de aluminiu este centrată pe față cubică cu parametrul a = 4,0413 Å. Proprietățile aluminiului, ca toate metalele, depind, prin urmare, de puritatea acestuia. Proprietăți ale aluminiului de înaltă puritate (99,996%): densitate (la 20 °C) 2698,9 kg/m 3 ; tpl 660,24 °C; punctul de fierbere aproximativ 2500 °C; coeficient de dilatare termică (de la 20° la 100 °C) 23,86·10 -6; conductivitate termică (la 190 °C) 343 W/m·K, capacitate termică specifică (la 100 °С) 931,98 J/kg·K. ; conductivitate electrică în raport cu cuprul (la 20 °C) 65,5%. Aluminiul are rezistență scăzută (rezistență la tracțiune 50–60 Mn/m2), duritate (170 Mn/m2 conform Brinell) și ductilitate ridicată (până la 50%). În timpul laminarii la rece, rezistența la tracțiune a aluminiului crește la 115 Mn/m2, duritatea - până la 270 Mn/m2, alungirea relativă scade la 5% (1 Mn/m2 ~ și 0,1 kgf/mm2). Aluminiul este foarte lustruit, anodizat și are o reflectivitate ridicată aproape de argint (reflectează până la 90% din energia luminii incidente). Având o mare afinitate pentru oxigen, aluminiul din aer este acoperit cu o peliculă subțire, dar foarte puternică de oxid de Al 2 O 3, care protejează metalul de oxidarea ulterioară și determină proprietățile sale anticorozive ridicate. Rezistența filmului de oxid și efectul său protector scad foarte mult în prezența impurităților de mercur, sodiu, magneziu, cupru etc. Aluminiul este rezistent la coroziune atmosferică, mare și apa dulce, practic nu interacționează cu nitric concentrat sau foarte diluat. acid, acizi organici, produse alimentare.
Proprietăți chimice
Când aluminiul mărunțit fin este încălzit, arde viguros în aer. Interacțiunea sa cu sulful se desfășoară în mod similar. Combinația cu clor și brom are loc la temperaturi obișnuite, iar cu iod - atunci când este încălzită. La temperaturi foarte ridicate, aluminiul se combină și direct cu azotul și carbonul. Dimpotrivă, nu interacționează cu hidrogenul.
Aluminiul este destul de rezistent la apă. Dar dacă efectul protector al peliculei de oxid este îndepărtat mecanic sau prin amalgamare, are loc o reacție viguroasă:
HNO3 și H2SO4 foarte diluate și foarte concentrate nu au aproape niciun efect asupra aluminiului (la rece), în timp ce la concentrații medii ale acestor acizi se dizolvă treptat. Aluminiul pur este destul de rezistent la acidul clorhidric, dar metalul industrial obișnuit se dizolvă în el.
Când aluminiul este expus la soluții apoase de alcalii, stratul de oxid se dizolvă și se formează aluminați - săruri care conțin aluminiu ca parte a anionului:
Al203 + 2NaOH + 3H20 = 2Na
Aluminiul, lipsit de peliculă de protecție, interacționează cu apa, înlocuind hidrogenul din aceasta:
2Al + 6H20 = 2Al(OH)3 + 3H2
Hidroxidul de aluminiu rezultat reacţionează cu excesul de alcali, formând hidroxoaluminat:
Al(OH)3 + NaOH = Na
Ecuația generală pentru dizolvarea aluminiului într-o soluție alcalină apoasă:
2Al + 2NaOH + 6H2O = 2Na + 3H2
Aluminiul se dizolvă vizibil în soluții de săruri care, datorită hidrolizei lor, au o reacție acidă sau alcalină, de exemplu, într-o soluție de Na2CO3.
În seria de stres este situat între Mg și Zn. În toți compușii săi stabili, aluminiul este trivalent.
Combinația dintre aluminiu și oxigen este însoțită de o degajare enormă de căldură (1676 kJ/mol Al 2 O 3 ), semnificativ mai mare decât cea a multor alte metale. Având în vedere acest lucru, atunci când un amestec de oxid al metalului corespunzător cu pulbere de aluminiu este încălzit, are loc o reacție violentă, care duce la eliberarea de metal liber din oxidul preluat. Metoda de reducere folosind Al (aluminotermie) este adesea folosită pentru a obține un număr de elemente (Cr, Mn, V, W etc.) în stare liberă.
Aluminotermia este uneori utilizată pentru sudarea pieselor individuale din oțel, în special a îmbinărilor șinelor de tramvai. Amestecul folosit („termit”) constă de obicei din pulberi fine de aluminiu și Fe 3 O 4 . Se aprinde cu ajutorul unei siguranțe făcute dintr-un amestec de Al și BaO2. Reacția principală urmează ecuația:
8Al + 3Fe 3 O 4 = 4Al 2 O 3 + 9Fe + 3350 kJ
Mai mult, temperatura se dezvoltă în jurul a 3000 o C.
Oxidul de aluminiu este alb, foarte refractar (p.t. 2050 o C) și insolubil în masă de apă. Al 2 O 3 natural (corindon mineral), precum și cele obținute artificial și apoi puternic calcinate, se remarcă prin duritate mare și insolubilitate în acizi. Al 2 O 3 (așa-numita alumină) poate fi transformată într-o stare solubilă prin fuziune cu alcalii.
În mod obișnuit, corindonul natural contaminat cu oxid de fier, datorită durității sale extreme, este folosit pentru a face roți de șlefuit, pietre de coacere etc. În formă mărunțită fin, se numește șmirghel și se folosește la curățarea suprafețelor metalice și la fabricarea hârtiei abrazive. În aceleași scopuri se folosește adesea Al 2 O 3, obținut prin topirea bauxitei (denumire tehnică - alundum).
Cristale de corindon colorate transparente - rubin roșu - un amestec de crom - și safir albastru - un amestec de titan și fier - pietre prețioase. De asemenea, sunt obținute artificial și utilizate în scopuri tehnice, de exemplu, pentru fabricarea de piese pentru instrumente de precizie, pietre de ceas etc. Cristalele de rubin care conțin un mic amestec de Cr 2 O 3 sunt folosite ca generatoare cuantice - lasere care creează un fascicul direcționat de radiație monocromatică.
Datorită insolubilităţii Al 2 O 3 în apă, hidroxidul Al(OH) 3 corespunzător acestui oxid poate fi obţinut numai indirect din săruri. Prepararea hidroxidului poate fi reprezentată ca următoarea schemă. Sub acțiunea alcalinelor, ionii OH – sunt înlocuiți treptat cu 3+ molecule de apă în complexe acvatice:
3+ + OH- = 2+ + H2O
2+ + OH - = + + H2O
OH- = 0 + H2O
Al(OH) 3 este un precipitat alb gelatinos voluminos, practic insolubil în apă, dar ușor solubil în acizi și baze puternice. Are deci un caracter amfoter. Cu toate acestea, proprietățile sale de bază și în special acide sunt destul de slab exprimate. Hidroxidul de aluminiu este insolubil în exces de NH4OH. Una dintre formele de hidroxid deshidratat, gelul de aluminiu, este folosită în tehnologie ca adsorbant.
Când interacționează cu alcalii puternici, se formează aluminații corespunzători:
NaOH + Al(OH)3 = Na
Aluminații celor mai active metale monovalente sunt foarte solubili în apă, dar datorită hidrolizei puternice, soluțiile lor sunt stabile numai în prezența unui exces suficient de alcali. Aluminații, produși din baze mai slabe, sunt aproape complet hidrolizați în soluție și, prin urmare, pot fi obținuți numai uscat (prin fuzionarea Al 2 O 3 cu oxizi ai metalelor corespunzătoare). Se formează metaaluminați, a căror compoziție este derivată din acidul metaaluminiu HAlO2. Cele mai multe dintre ele sunt insolubile în apă.
Al(OH) 3 formează săruri cu acizii. Derivații majorității acizilor puternici sunt foarte solubili în apă, dar sunt hidrolizați destul de semnificativ și, prin urmare, soluțiile lor prezintă o reacție acidă. Sărurile de aluminiu solubile și acizii slabi sunt și mai hidrolizați. Datorită hidrolizei, sulfura, carbonatul, cianura și unele alte săruri de aluminiu nu pot fi obținute din soluții apoase.
Într-un mediu apos, anionul Al 3+ este înconjurat direct de șase molecule de apă. Un astfel de ion hidratat este oarecum disociat conform schemei:
3+ + H20 = 2+ + OH3+
Constanta sa de disociere este 1. 10 -5, adică este un acid slab (apropiat ca putere de acidul acetic). Mediul octaedric al Al 3+ cu șase molecule de apă este, de asemenea, conservat în hidrați cristalini ai unui număr de săruri de aluminiu.
Aluminosilicații pot fi considerați ca silicați în care o parte a tetraedrelor de siliciu-oxigen SiO 4 4 - este înlocuită cu tetraedre de aluminiu-oxigen AlO 4 5. Dintre aluminosilicați, cei mai des întâlniți sunt feldspații, care reprezintă mai mult de jumătate din masa Scoarta terestra. Principalii lor reprezentanți sunt mineralele
ortoclaza K2Al2Si6O16 sau K2O. Al203. 6SiO2
albit Na2Al2Si6O16 sau Na2O. Al203. 6SiO2
anortit CaAl 2 Si 2 O 8 sau CaO. Al203. 2SiO2
Mineralele din grupa mica sunt foarte comune, de exemplu moscovit Kal 2 (AlSi 3 O 10) (OH) 2. Mineralul nefelina (Na, K) 2, care este folosit pentru a produce alumină, produse de sodă și ciment, are o importanță practică deosebită. Această producție constă în următoarele operațiuni: a) nefelina și calcarul sunt sinterizate în cuptoare tubulare la 1200 o C:
(Na, K) 2 + 2CaCO 3 = 2CaSiO 3 + NaAlO 2 + KAlO 2 + 2CO 2
b) masa rezultată este levigată cu apă - se formează o soluție de aluminați de sodiu și potasiu și suspensie de CaSiO 3:
NaAlO2 + KAlO2 + 4H2O = Na + K
c) CO2 format în timpul sinterizării este trecut prin soluția de aluminat:
Na + K + 2CO 2 = NaHCO 3 + KHCO 3 + 2Al(OH) 3
d) prin încălzirea Al(OH)3 se obține alumină:
2Al(OH)3 = Al2O3 + 3H2O
e) prin evaporarea lichidului mamă se separă sifonul și potajul, iar nămolul obținut anterior este utilizat pentru producerea cimentului.
La producerea a 1 tona de Al 2 O 3 se obtine 1 tona de produse sifonate si 7,5 tone de ciment.
Unii aluminosilicați au o structură liberă și sunt capabili de schimb ionic. Astfel de silicați – naturali și mai ales artificiali – sunt utilizați pentru dedurizarea apei. În plus, datorită suprafeței lor foarte dezvoltate, ele sunt utilizate ca suport de catalizator, adică. ca materiale impregnate cu catalizator.
Halogenurile de aluminiu în condiții normale sunt substanțe cristaline incolore. În seria de halogenuri de aluminiu, AlF 3 este foarte diferit în proprietăți de analogii săi. Este refractar, ușor solubil în apă și inactiv din punct de vedere chimic. Principala metodă de producere a AlF 3 se bazează pe acțiunea HF anhidru asupra Al 2 O 3 sau Al:
Al203 + 6HF = 2AlF3 + 3H2O
Compușii de aluminiu cu clor, brom și iod sunt fuzibili, foarte reactivi și foarte solubili nu numai în apă, ci și în mulți solvenți organici. Interacțiunea halogenurilor de aluminiu cu apa este însoțită de o eliberare semnificativă de căldură. În soluție apoasă, toate sunt puternic hidrolizate, dar spre deosebire de halogenurile nemetalice acide tipice, hidroliza lor este incompletă și reversibilă. Fiind vizibil volatil chiar și în condiții normale, AlCl 3, AlBr 3 și AlI 3 fumează în aer umed (datorită hidrolizei). Ele pot fi obținute prin interacțiunea directă a unor substanțe simple.
Densitățile de vapori ale AlCl 3, AlBr 3 și AlI 3 la temperaturi relativ scăzute corespund mai mult sau mai puțin exact formulelor duble - Al 2 Hal 6. Structura spațială a acestor molecule corespunde cu două tetraedre cu o margine comună. Fiecare atom de aluminiu este legat de patru atomi de halogen, iar fiecare dintre atomii de halogen central este legat de ambii atomi de aluminiu. Dintre cele două legături ale atomului central de halogen, una este donor-acceptor, aluminiul funcționând ca acceptor.
Cu sărurile halogenură ale unui număr de metale monovalente, halogenurile de aluminiu formează compuși complecși, în principal de tipuri M 3 și M (unde Hal este clor, brom sau iod). Tendința la reacții de adiție este în general foarte pronunțată la halogenurile luate în considerare. Acesta este tocmai motivul pentru cea mai importantă utilizare tehnică a AlCl 3 ca catalizator (în rafinarea petrolului și în sinteze organice).
Dintre fluoroaluminați, cea mai mare utilizare (pentru producerea de Al, F2, emailuri, sticlă etc.) este criolitul de Na3. Producția industrială de criolit artificial se bazează pe tratarea hidroxidului de aluminiu cu acid fluorhidric și sodă:
2Al(OH) 3 + 12HF + 3Na 2 CO 3 = 2Na 3 + 3CO 2 + 9H 2 O
Cloro-, bromo- și iodoaluminați se obțin prin topirea trihalogenurilor de aluminiu cu halogenuri ale metalelor corespunzătoare.
Deși aluminiul nu reacționează chimic cu hidrogenul, hidrura de aluminiu poate fi obținută indirect. Este o masă amorfă albă de compoziție (AlH 3) n. Se descompune la încălzire peste 105 o C cu eliberare de hidrogen.
Când AlH 3 interacționează cu hidruri bazice într-o soluție eterică, se formează hidroaluminați:
LiH + AlH3 = Li
Hidroaluminații sunt solide albe. Se descompune rapid cu apă. Sunt agenți reducători puternici. Sunt utilizate (în special Li) în sinteza organică.
Sulfat de aluminiu Al2 (SO4) 3. 18H 2 O se obţine prin acţiunea acidului sulfuric fierbinte asupra oxidului de aluminiu sau caolinului. Este folosit pentru purificarea apei, precum și la prepararea anumitor tipuri de hârtie.
Potasiu aluminiu alaun KAl(SO 4) 2. 12H 2 O este folosit în cantități mari pentru tăbăcirea pieilor și, de asemenea, în industria vopsirii ca mordant pentru țesăturile de bumbac. În acest din urmă caz, efectul alaunului se bazează pe faptul că hidroxidul de aluminiu format ca urmare a hidrolizei sale se depune în fibrele țesăturii într-o stare fin dispersată și, adsorbând colorantul, îl ține ferm pe fibră.
Dintre ceilalți derivați de aluminiu, trebuie menționat acetatul acestuia (altfel sare de acid acetic) Al(CH 3 COO) 3, utilizat la vopsirea țesăturilor (ca mordant) și în medicină (loțiuni și comprese). Nitratul de aluminiu este ușor solubil în apă. Fosfatul de aluminiu este insolubil în apă și acid acetic, dar solubil în acizi puternici și alcalii.
Aluminiu în corp. Aluminiul face parte din țesuturile animalelor și plantelor; în organele mamiferelor, s-a găsit de la 10 -3 până la 10 -5% aluminiu (pe bază brută). Aluminiul se acumulează în ficat, pancreas și glandele tiroide. În produsele vegetale, conținutul de aluminiu variază de la 4 mg la 1 kg de substanță uscată (cartofi) la 46 mg (napi galbeni), în produsele de origine animală - de la 4 mg (miere) la 72 mg la 1 kg de substanță uscată ( vită). În dieta umană zilnică, conținutul de aluminiu ajunge la 35-40 mg. Sunt cunoscute organisme care concentrează aluminiu, de exemplu mușchi (Lycopodiaceae), care conțin până la 5,3% aluminiu în cenușa lor și moluște (Helix și Lithorina), care conțin 0,2-0,8% aluminiu în cenușa lor. Prin formarea de compuși insolubili cu fosfații, aluminiul perturbă alimentația plantelor (absorbția fosfaților de către rădăcini) și a animalelor (absorbția fosfaților în intestine).
Geochimia aluminiului. Caracteristicile geochimice ale aluminiului sunt determinate de afinitatea sa mare pentru oxigen (în minerale, aluminiul este inclus în octaedre și tetraedre de oxigen), valența constantă (3) și solubilitatea scăzută a majorității compușilor naturali. În procesele endogene din timpul solidificării magmei și formării rocilor magmatice, aluminiul intră în rețeaua cristalină a feldspaților, mica și alte minerale - aluminosilicați. În biosferă, aluminiul este un migrant slab; este rar în organisme și hidrosferă. Într-un climat umed, unde resturile în descompunere ale vegetației abundente formează mulți acizi organici, aluminiul migrează în soluri și ape sub formă de compuși coloidali organominerale; aluminiul este adsorbit de coloizi și depus în partea inferioară a solurilor. Legătura dintre aluminiu și siliciu este parțial ruptă și în unele locuri la tropice se formează minerale - hidroxizi de aluminiu - boehmit, diaspore, hidrargilit. Majoritatea aluminiului face parte din aluminosilicați - caolinit, beidelit și alte minerale argiloase. Mobilitatea slabă determină acumularea reziduală de aluminiu în crusta de intemperii a tropicelor umede. Ca urmare, se formează bauxită eluvială. În epocile geologice trecute, bauxita s-a acumulat și în lacuri și zonele de coastă ale mărilor din regiunile tropicale (de exemplu, bauxite sedimentare din Kazahstan). În stepe și deșerturi, unde există puțină materie vie și apele sunt neutre și alcaline, aluminiul aproape că nu migrează. Migrația aluminiului este cea mai energică în zonele vulcanice, unde se observă râuri foarte acide și apele subterane bogate în aluminiu. În locurile în care apele acide se amestecă cu apele marine alcaline (la gurile râurilor și altele), aluminiul precipită cu formarea de depozite de bauxită.
Aplicarea aluminiului. Combinația de proprietăți fizice, mecanice și chimice ale aluminiului determină utilizarea sa pe scară largă în aproape toate domeniile tehnologiei, în special sub forma aliajelor sale cu alte metale. În inginerie electrică, aluminiul înlocuiește cu succes cuprul, în special în producția de conductori masivi, de exemplu, în linii aeriene, cabluri de înaltă tensiune, magistrale de comutație, transformatoare (conductivitatea electrică a aluminiului atinge 65,5% din conductibilitatea electrică a cuprului și este de peste trei ori mai ușor decât cuprul; cu o secțiune transversală care oferă aceeași conductivitate, masa firelor de aluminiu este jumătate din cea a cuprului). Aluminiul ultra-pur este utilizat în producția de condensatoare și redresoare electrice, a căror acțiune se bazează pe capacitatea peliculei de oxid de aluminiu de a trece curentul electric într-o singură direcție. Aluminiul ultrapur, purificat prin topire în zone, este utilizat pentru sinteza compușilor semiconductori de tip A III B V, utilizați pentru producerea dispozitivelor semiconductoare. Aluminiul pur este utilizat la producerea diferitelor tipuri de reflectoare de oglindă. Aluminiul de înaltă puritate este utilizat pentru a proteja suprafețele metalice împotriva coroziunii atmosferice (placare, vopsea din aluminiu). Având o secțiune transversală de absorbție a neutronilor relativ scăzută, aluminiul este folosit ca material structural în reactoarele nucleare.
Rezervoarele din aluminiu de mare capacitate stochează și transportă gaze lichide (metan, oxigen, hidrogen etc.), acizi azotic și acetic, apă curată, peroxid de hidrogen și uleiuri comestibile. Aluminiul este utilizat pe scară largă în echipamentele și aparatele din industria alimentară, pentru ambalarea alimentelor (sub formă de folie) și pentru producerea diferitelor tipuri de produse de uz casnic. Consumul de aluminiu pentru finisarea clădirilor, structurilor arhitecturale, de transport și sportive a crescut brusc.
În metalurgie, aluminiul (în plus față de aliajele pe bază de acesta) este unul dintre cei mai obișnuiți aditivi de aliaj în aliajele pe bază de Cu, Mg, Ti, Ni, Zn și Fe. Aluminiul este, de asemenea, folosit pentru dezoxidarea oțelului înainte de a-l turna într-o matriță, precum și în procesele de producere a anumitor metale prin metoda aluminotermiei. Pe baza de aluminiu, SAP (pulbere de aluminiu sinterizat) a fost creat folosind metalurgia pulberilor, care are o rezistență ridicată la căldură la temperaturi de peste 300 °C.
Aluminiul este folosit la producerea de explozivi (amonial, alumotol). Diferiți compuși de aluminiu sunt utilizați pe scară largă.
Producția și consumul de aluminiu este în continuă creștere, depășind semnificativ rata de creștere a producției de oțel, cupru, plumb și zinc.
Lista literaturii folosite
1. V.A. Rabinovici, Z.Ya. Khavin „O scurtă carte de referință chimică”
2. L.S. Guzey „Prelegeri despre chimie generală”
3. N.S. Akhmetov „Chimie generală și anorganică”
4. B.V. Nekrasov „Manual de chimie generală”
5. N.L. Glinka „Chimie generală”
O scurtă istorie a aluminiului și a aplicațiilor sale astăzi
În 1825, omul de știință danez Hans Christian Oersted a obținut pentru prima dată aluminiu prin trecerea clorului printr-un amestec fierbinte de alumină și cărbune.
Procesul a implicat încălzirea ulterioară a clorurii de aluminiu anhidru rezultată cu amalgam de potasiu. Amalgamul a fost apoi descompus prin încălzire, mercurul s-a evaporat și astfel s-a obținut aluminiu.
În 1827, Friedrich Wöhler a dezvoltat o metodă de producere a metalului aluminiu mai pur. El a înlocuit aluminiul din aceeași clorură cu potasiu metal. Wöhler a fost primul care a descris în detaliu proprietățile aluminiului și a măsurat densitatea acestuia.
În 1855, chimistul francez Henri Etienne Sainte-Clair Deville a dezvoltat prima metodă industrială de producere a aluminiului, bazată pe deplasarea aluminiului de către sodiu metalic din clorură de sodiu dublă și aluminiu.
Această metodă a fost folosită pentru a produce aluminiu în fabrici din întreaga lume timp de 30 de ani.
Dar aluminiul ar putea deveni important din punct de vedere tehnic doar dacă punctul de topire al oxidului de aluminiu ar fi redus. Soluția a fost găsită de Charles Martin Hall și Paul Héroux. Ei au descoperit că alumina se dizolvă bine în preolitul topit. Această soluție este supusă electrolizei la o temperatură de aproximativ 950°C.
În 1887, chimistul german Karl-Joseph Bauer a primit un brevet pentru izolarea aluminiului din minereul de bauxită.
Datorită densității sale, aluminiul a făcut posibilă construirea de avioane și dirijabile. Paletele rotorului elicopterului sunt fabricate din aliajul Al-Mg-Si în întreaga lume.
Aluminiul este utilizat pe scară largă în producția de mașini, biciclete, avioane, nave, vagoane de cale ferată, sticle de apă, cutii...
Astăzi, aluminiul este un metal deosebit de apreciat și folosit în arhitectură. Structurile din aluminiu sunt folosite în proiectarea și construcția clădirilor atât industriale, cât și rezidențiale.
Aluminiul a fost folosit la construcția Palatului Pionierilor din Moscova și a Piramidei Luvru din Paris.
În interior, aluminiul este folosit pentru a face scări, tavane, balustrade și mobilier. Aluminiul este, de asemenea, folosit pentru a face decorațiuni, fire și vopsele argintii. Acest metal este foarte apreciat ca material pentru încadrarea structurilor atunci când geamurile, verandele și vitrinele magazinelor.
Oxidul de aluminiu este utilizat pentru producerea materialelor refractare și în producția de ceramică.
Aluminiul vă permite să creați proiecte de arhitectură și să construiți clădiri în timp record, realizând în același timp cele mai îndrăznețe idei, dând naștere la forme extrem de originale.
Întocmit de Anastasia CHUDINOVA
| inchiriere echipament: |
