ผู้ค้นพบอะลูมิเนียม อลูมิเนียม: คุณสมบัติทางเคมีและกายภาพ
เอกสารการค้นพบอะลูมิเนียมเกิดขึ้นในปี พ.ศ. 2368 โลหะนี้ได้มาครั้งแรกโดยนักฟิสิกส์ชาวเดนมาร์ก ฮันส์ คริสเตียน เออร์สเตด เมื่อเขาแยกมันออกโดยการกระทำของโพแทสเซียมอะมัลกัมบนอะลูมิเนียมคลอไรด์ปราศจากน้ำ (ได้มาจากการส่งคลอรีนผ่านส่วนผสมร้อนของอะลูมิเนียมออกไซด์และถ่านหิน ). หลังจากกลั่นสารปรอทแล้ว Oersted ก็ได้อะลูมิเนียมแม้ว่าจะมีการปนเปื้อนด้วยสิ่งเจือปนก็ตาม ในปี ค.ศ. 1827 ฟรีดริช เวอเลอร์ นักเคมีชาวเยอรมันได้รับอะลูมิเนียมในรูปแบบผงโดยรีดิวซ์เฮกซาฟลูออโรอะลูมิเนตด้วยโพแทสเซียม วิธีการผลิตอะลูมิเนียมสมัยใหม่ถูกค้นพบในปี พ.ศ. 2429 โดย Charles Martin Hall นักวิจัยหนุ่มชาวอเมริกัน (ตั้งแต่ปี พ.ศ. 2398 ถึง พ.ศ. 2433 มีการผลิตอะลูมิเนียมเพียง 200 ตัน และในทศวรรษถัดมา ตามวิธีของ Hall สามารถผลิตโลหะนี้ได้ 28,000 ตันทั่วโลก) อลูมิเนียมที่มีความบริสุทธิ์มากกว่า 99.99% ได้รับครั้งแรกโดยอิเล็กโทรไลซิสในปี 1920 ในปี 1925 Edwards ได้ตีพิมพ์ข้อมูลบางอย่างเกี่ยวกับคุณสมบัติทางกายภาพและทางกลของอะลูมิเนียมดังกล่าว ในปี 1938 Taylor, Willey, Smith และ Edwards ตีพิมพ์บทความที่ให้คุณสมบัติบางอย่างของอะลูมิเนียมที่มีความบริสุทธิ์ 99.996% ซึ่งได้มาจากฝรั่งเศสด้วยกระบวนการอิเล็กโทรไลซิสเช่นกัน เอกสารฉบับพิมพ์ครั้งแรกเกี่ยวกับคุณสมบัติของอลูมิเนียมตีพิมพ์ในปี พ.ศ. 2510 จนกระทั่งเมื่อไม่นานมานี้ เชื่อกันว่าอะลูมิเนียมซึ่งเป็นโลหะที่มีความว่องไวสูง ไม่สามารถเกิดขึ้นได้ในธรรมชาติในสภาวะอิสระ แต่เกิดขึ้นในปี 1978 ในหินของแท่นไซบีเรียมีการค้นพบอลูมิเนียมพื้นเมือง - ในรูปของผลึกคล้ายเกลียวที่มีความยาวเพียง 0.5 มม. (มีความหนาของเกลียวหลายไมโครเมตร) อลูมิเนียมพื้นเมืองยังถูกค้นพบในดินบนดวงจันทร์ที่นำมาสู่โลกจากบริเวณทะเลแห่งวิกฤตและความอุดมสมบูรณ์
วัสดุก่อสร้างอลูมิเนียม
มนุษย์รู้จักสารประกอบอะลูมิเนียมมาตั้งแต่สมัยโบราณ หนึ่งในนั้นคือสารยึดเกาะ ซึ่งรวมถึงอะลูมิเนียม-โพแทสเซียมสารส้ม KAl(SO4)2 พวกเขาพบว่ามีการนำไปใช้อย่างกว้างขวาง พวกมันถูกใช้เป็นยาประชดประชันและเป็นยาอุดเลือด การชุบไม้ด้วยสารละลายโพแทสเซียมสารส้มทำให้ไม่ติดไฟ ข้อเท็จจริงทางประวัติศาสตร์ที่น่าสนใจเป็นที่รู้กันว่า Archelaus ผู้บัญชาการจากโรมในช่วงสงครามกับเปอร์เซียได้สั่งให้ทาอาคารซึ่งทำหน้าที่เป็นโครงสร้างป้องกันด้วยสารส้มได้อย่างไร ชาวเปอร์เซียไม่สามารถเผาพวกมันได้
สารประกอบอะลูมิเนียมอีกชนิดหนึ่งคือดินเหนียวธรรมชาติ ซึ่งรวมถึงอะลูมิเนียมออกไซด์ Al2O3 ด้วย
ความพยายามครั้งแรกเพื่อให้ได้อะลูมิเนียมเฉพาะในกลางศตวรรษที่ 19 เท่านั้น ความพยายามของนักวิทยาศาสตร์ชาวเดนมาร์ก H.K. Oersted ประสบความสำเร็จ เพื่อให้ได้มานั้น เขาใช้โพแทสเซียมที่ผสมกันเป็นตัวรีดิวซ์อะลูมิเนียมจากออกไซด์ แต่ไม่สามารถทราบได้ว่าโลหะชนิดใดที่ได้รับในตอนนั้น ไม่นานหลังจากนั้น สองปีต่อมา นักเคมีชาวเยอรมัน Wöhler ได้อะลูมิเนียมมา โดยได้อะลูมิเนียมโดยใช้การให้ความร้อนของอะลูมิเนียมคลอไรด์ปราศจากน้ำกับโลหะโพแทสเซียม
งานหลายปีของนักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมันไม่ได้ไร้ประโยชน์ ตลอดระยะเวลา 20 ปี เขาสามารถเตรียมโลหะที่เป็นเม็ดได้ มันดูคล้ายกับสีเงิน แต่เบากว่ามาก อลูมิเนียมเป็นโลหะที่มีราคาแพงมากและจนถึงต้นศตวรรษที่ 20 ราคาของมันสูงกว่าราคาทองคำ ด้วยเหตุนี้ อะลูมิเนียมจึงถูกนำมาใช้เป็นนิทรรศการในพิพิธภัณฑ์เป็นเวลาหลายปี ประมาณปี ค.ศ. 1807 เดวีพยายามดำเนินการอิเล็กโทรไลซิสของอลูมินา และได้รับโลหะที่เรียกว่าอะลูมิเนียม (อะลูมิเนียม) หรืออะลูมิเนียม (อะลูมิเนียม) ซึ่งแปลมาจากภาษาละตินว่าสารส้ม
การผลิตอะลูมิเนียมจากดินเหนียวเป็นที่สนใจไม่เพียงแต่สำหรับนักเคมีเท่านั้น แต่ยังรวมถึงนักอุตสาหกรรมด้วย อลูมิเนียมแยกออกจากสารอื่นได้ยากมาก ซึ่งส่งผลให้มีราคาแพงกว่าทองคำ ในปี พ.ศ. 2429 นักเคมี C.M. ฮอลล์เสนอวิธีการที่ทำให้ได้โลหะในปริมาณมาก ในขณะที่ทำการวิจัย เขาได้ละลายอะลูมิเนียมออกไซด์ในตัวละลายของไครโอไลท์ AlF3 nNaF ส่วนผสมที่ได้จะถูกวางในภาชนะหินแกรนิต และกระแสไฟฟ้าตรงถูกส่งผ่านการหลอม เขาประหลาดใจมากเมื่อผ่านไประยะหนึ่ง เขาค้นพบแผ่นอะลูมิเนียมบริสุทธิ์ที่ด้านล่างของภาชนะ ปัจจุบันวิธีนี้เป็นวิธีหลักสำหรับการผลิตอะลูมิเนียมในระดับอุตสาหกรรม โลหะที่ได้นั้นดีในทุกสิ่ง ยกเว้นความแข็งแกร่ง ซึ่งจำเป็นสำหรับอุตสาหกรรม และปัญหานี้ก็ได้รับการแก้ไข นักเคมีชาวเยอรมัน Alfred Wilm ผสมอลูมิเนียมกับโลหะอื่นๆ ได้แก่ ทองแดง แมงกานีส และแมกนีเซียม ผลลัพธ์ที่ได้คือโลหะผสมที่แข็งแกร่งกว่าอะลูมิเนียมมาก
วิธีการได้รับ
| |||
ในอุตสาหกรรม อลูมิเนียมผลิตโดยกระบวนการอิเล็กโทรไลซิสของ Al2O3 ในไครโอไลท์ Na3 หลอมเหลวที่อุณหภูมิ 950
2Al2O3 = 4Al(3+) + 6O(2-) = 2Al + 3O2
ปฏิกิริยาหลักของกระบวนการ:
CaF2 + H2SO4 → 2HF + CaSO4 (15.z)
SiO2 + 6HF →H2SiF6 + 2H2
HF และ H2SiF6 เป็นผลิตภัณฑ์ก๊าซที่จับด้วยน้ำ ในการกำจัดซิลิกอนสารละลายที่ได้นั้น จะต้องใส่ปริมาณโซดาที่คำนวณได้ลงไปก่อน:
H2SiF6 + Na2CO3 → Na2SiF6 + CO2 + H2O (15.i)
Na2SiF6 ที่ละลายได้น้อยจะถูกแยกออก และสารละลายกรดไฮโดรฟลูออริกที่เหลือจะถูกทำให้เป็นกลางด้วยโซดาและอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ส่วนเกินเพื่อให้ได้ไครโอไลท์:
12HF + 3Na2CO3 + 2Al(OH)3 → 2(3NaF AlF3) + 3CO2 + 9H2O (15.k)
NaF และ AlF3 สามารถหาแยกกันได้ในลักษณะเดียวกัน หากสารละลายดีซิลิคอนของกรดไฮโดรฟลูออริกถูกทำให้เป็นกลางด้วยปริมาณ Na2CO3 หรือ Al(OH)3 ที่คำนวณได้
คุณสมบัติทางกายภาพ
อลูมิเนียมเป็นโลหะสีขาวเงิน น้ำหนักเบา ทนทาน ความหนาแน่นของมันคือ 2.7 g/cm3 ซึ่งเบากว่าเหล็กเกือบสามเท่า ได้รับการประมวลผลอย่างดี: รีด, ปลอมแปลง, ประทับตรา, ดึงเป็นลวด, มีการนำไฟฟ้าที่ดี (รองจากเงินและทองแดงเป็นตัวนำความร้อนและไฟฟ้าที่ดีที่สุด)
คุณสมบัติทางเคมี
1) อลูมิเนียมเมทัลลิกก่อให้เกิดโลหะผสมกับโลหะหลายชนิด: Cu, In, Mg, Mn, Ni, Cr เป็นต้น
2) อลูมิเนียมทำปฏิกิริยากับอโลหะหลายชนิด: ในรูปของฝุ่นและเศษเล็กเศษน้อย มันจะเผาไหม้ในออกซิเจนและปล่อยความร้อนจำนวนมาก กลายเป็นอะลูมิเนียมออกไซด์:
4 อัล + 3O2 → Al2O3
3) อลูมิเนียมทำปฏิกิริยากับสารที่ซับซ้อนหลายชนิด อลูมิเนียมสามารถกันน้ำได้จริงเนื่องจากมีชั้นออกไซด์บาง ๆ ปกคลุมอยู่ ที่อุณหภูมิสูงโดยไม่มีฟิล์มป้องกัน จะมีปฏิกิริยากับน้ำตามสมการ
2Al + 6 H2O → 2Al(OH)3 + 3H2
แอปพลิเคชัน
โลหะผสมที่มีอะลูมิเนียมเป็นหลักถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายเนื่องจากมีน้ำหนักเบา แข็งแรง และทนทานต่ออากาศ น้ำ และกรด ในงานวิศวกรรมไฟฟ้า อะลูมิเนียมถูกนำมาใช้ในการผลิตสายไฟขนาดใหญ่ในสายเหนือศีรษะและสายไฟฟ้าแรงสูง ในการผลิตตัวเก็บประจุไฟฟ้า วงจรเรียงกระแส อุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ เป็นวัสดุโครงสร้างในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ ในอุปกรณ์และอุปกรณ์สำหรับอุตสาหกรรมอาหาร มีดบรรจุในกล่อง 10 ชิ้น (ยกเว้นมีดตัดแขนขา) หล่อลื่นด้วยสารหล่อลื่นหรือปิดผนึกในถุงพลาสติกที่มีสารยับยั้งการกัดกร่อน
ก่อนบรรจุภัณฑ์ มีดผ่าตัดจะถูกหล่อลื่นด้วยไขมันธรรมชาติบางๆ และแบ่งเป็น 10 ชิ้น ในกล่องกระดาษแข็งพร้อมช่องป้องกันขอบตัดไม่ให้หมอง
คีมตัดทางการแพทย์: ก่อนบรรจุภัณฑ์ เครื่องมือแต่ละชิ้นเคลือบด้วยสารหล่อลื่นที่เป็นกลางแล้ว ห่อด้วยกระดาษ parchment หรือแว็กซ์ และใส่ลงในกล่องกระดาษแข็งจำนวน 5-10 ชิ้น เมื่อเก็บเครื่องมือไว้เป็นเวลานาน จะต้องขนสปริงออก ซึ่งควรถอดปลายด้านบน (ตรงไปที่กราม) ออกจากระนาบของเครื่องมือ กล่าวคือ ย้ายจากกิ่งก้านไปด้านข้างและป้องกันความเมื่อยล้า ของฤดูใบไม้ผลิ
อนุญาตให้บรรจุเครื่องมือประเภทเดียวกันในคอนเทนเนอร์กลุ่มโดยไม่ต้องมีบรรจุภัณฑ์สำหรับผู้บริโภคหรือผิวหนัง บรรจุภัณฑ์สำหรับผู้บริโภคพร้อมเครื่องมือจะต้องบรรจุเป็นกลุ่มบรรจุภัณฑ์ - กล่อง แพ็ค ถุง หลอดทดลอง และบรรจุภัณฑ์ประเภทก้าวหน้าอื่น ๆ วัสดุที่ใช้ในการผลิตภาชนะบรรจุและการออกแบบภาชนะบรรจุจะต้องมั่นใจในความปลอดภัยของเครื่องมือในระหว่างการขนส่งและการเก็บรักษา บรรจุภัณฑ์สำหรับผู้บริโภคและกลุ่มจะต้องป้องกันไม่ให้เปิดบรรจุภัณฑ์โดยไม่กระทบต่อความสมบูรณ์ของบรรจุภัณฑ์ระหว่างการขนส่งและการเก็บรักษา เมื่อเปิดบรรจุภัณฑ์โดยใช้คอนเทนเนอร์ที่นำกลับมาใช้ใหม่ได้ ความสมบูรณ์ของคอนเทนเนอร์ไม่ควรถูกกระทบกระเทือน พื้นผิวของบรรจุภัณฑ์สำหรับผู้บริโภคและกลุ่มไม่ควรบิดเบี้ยว แตกร้าว ฉีกขาด บิดงอ รู หรือรอยพับ บนพื้นผิวของกล่องที่ทำจากวัสดุโพลีเมอร์ อนุญาตให้ทำเครื่องหมายจากตัวเชื่อมต่อแม่พิมพ์ สปรู และตัวดีดออกได้
บทสรุป
เป็นที่ทราบกันดีว่าในองค์ประกอบ p นั้น p-sublevel ของระดับอิเล็กทรอนิกส์ภายนอกจะเต็มไปด้วยอิเล็กตรอนซึ่งสามารถมีอิเล็กตรอนได้ตั้งแต่หนึ่งถึงหกอิเล็กตรอน
มีองค์ประกอบ p 30 ตัวในตารางธาตุ องค์ประกอบ p เหล่านี้หรืออะนาล็อกของพีอิเล็กตรอน ก่อตัวเป็นกลุ่มย่อย IIIA, IVA, VA, VIA, VIIA และ VI IIA โครงสร้างของระดับอิเล็กทรอนิกส์ด้านนอกของอะตอมขององค์ประกอบของกลุ่มย่อยเหล่านี้พัฒนาดังนี้: ns2 p1, ns2 p2, ns2 p3, ns2 p4, ns2 p5 และ ns2 p6
โดยทั่วไป องค์ประกอบ p ยกเว้นอะลูมิเนียม จะมีฤทธิ์การรีดักชันค่อนข้างน้อย ในทางตรงกันข้ามในระหว่างการเปลี่ยนจาก IIIA ไปเป็นกลุ่มย่อย VIIA จะสังเกตการเพิ่มขึ้นของกิจกรรมออกซิเดชันของอะตอมที่เป็นกลางค่าของความสัมพันธ์ของอิเล็กตรอนและพลังงานไอออไนเซชันเพิ่มขึ้นและอิเล็กโทรเนกาติวีตี้ขององค์ประกอบ p เพิ่มขึ้น
ในอะตอมขององค์ประกอบ p ไม่เพียงแต่ p-อิเล็กตรอนเท่านั้น แต่ยังมีอิเล็กตรอนระดับนอกที่มีเวเลนซ์ด้วย สถานะออกซิเดชันเชิงบวกสูงสุดของอะนาล็อก p-electronic เท่ากับจำนวนกลุ่มที่พวกมันอยู่
บรรณานุกรม
1. Drozdov A.A. เคมีอินทรีย์ 2555
2. Komissarov L.N. เคมีอนินทรีย์ 2554
3. Nesvezhisky S.N. สูตรเคมี 2555
4. Tretyakova Yu.D. เคมีอนินทรีย์ 2554-2555
5. http://tochmeh.ru/info/alum2.php
6. http://www.bestreferat.ru/referat-121916.html
ชื่อ "อลูมิเนียม" มาจาก "อลูมิเนียม" ซึ่งเป็นสารที่ค้นพบโดยนักเคมีชาวอังกฤษ ฮัมฟรีย์ เดวี ในปี 1807 รากของคำว่า “สารส้ม” แปลว่า “สารส้ม” ซึ่งเป็นเกลือของอะลูมิเนียม
ความพยายามของฮัมฟรีย์ในการแยกโลหะที่เขาค้นพบในรูปแบบบริสุทธิ์นั้นไม่ประสบผลสำเร็จ และมีเพียงในปี ค.ศ. 1825 นักวิทยาศาสตร์อีกคนหนึ่งคือ Dane Hans Christian Oersted เท่านั้นที่สามารถรับอะลูมิเนียมโดยไม่มีสิ่งเจือปน
อีก 20 ปีต่อมา นักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมัน ฟรีดริช เวห์เลอร์ ได้ทำการศึกษาเชิงลึกเกี่ยวกับคุณสมบัติของอะลูมิเนียมเป็นครั้งแรก เป้าหมายของ Wehler คือการค้นพบความลับของความเบาของโลหะนี้
นักวิทยาศาสตร์หลายคนในเวลานั้นพยายามแก้ปัญหาการแยกโลหะนี้โดยเสนอวิธีการต่าง ๆ แต่พวกเขาทั้งหมดก็มีข้อบกพร่องในตัวเอง ดังนั้น ในช่วงกลางทศวรรษที่ 50 ของศตวรรษที่ 19 ชาวฝรั่งเศส Henri Saint-Clair Deville ได้เรียนรู้วิธีการผลิตอะลูมิเนียมโดยใช้โซเดียม แต่ผลผลิตเป็นโลหะเบาเพียงไม่กี่กิโลกรัม เป็นผลให้วิธีการนี้ไม่ได้ใช้จริงในการผลิตภาคอุตสาหกรรม แต่แพร่หลายในหมู่นักวิทยาศาสตร์ซึ่งทำให้พวกเขาสามารถทำการทดลองเพิ่มเติมเพื่อศึกษาลักษณะของอลูมิเนียม
ประวัติความเป็นมาของการผลิตอะลูมิเนียมโดยการถลุงเริ่มขึ้นในปลายศตวรรษที่ 19 วิธีการนี้ถูกค้นพบในปี 1886 พร้อมๆ กันโดยนักวิทยาศาสตร์สองคน ได้แก่ American Charles Hall และ Paul Héroult ชาวฝรั่งเศส ข้อเท็จจริงที่น่าสนใจคือพวกเขาไม่เพียงแต่คิดค้นวิธี Hall-Heroux ตามที่เรียกกันในภายหลังในปีเดียวกันเท่านั้น แต่วันเกิดและวันตายของพวกเขาก็ตรงกัน (พ.ศ. 2406-2457)
2 ปีต่อมา Karl Weier ชาวออสเตรียได้ปรับปรุงวิธี Hall-Heroult ให้ทันสมัยขึ้น โดยใช้แร่อะลูมิเนียมแทนอะลูมิเนียมออกไซด์เป็นวัสดุเริ่มต้นในการผลิตอะลูมิเนียม ส่งผลให้ราคาอะลูมิเนียมลดลง 80% และมีการใช้งานอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรม
อลูมิเนียมเริ่มถูกนำมาใช้เกือบทุกที่ตั้งแต่ในประเทศไปจนถึงการผลิตอาวุธ Jules Verne นักเขียนชื่อดังระดับโลกกล่าวถึงเขาในผลงานของเขา ที่นั่นเหล่าฮีโร่สร้างจรวดและเรือจากอลูมิเนียม
การประดิษฐ์ไม้อัดหลายชั้น ยาง และแน่นอนว่าพลาสติกก็มีส่วนช่วยในการพัฒนาการใช้อะลูมิเนียมเช่นกัน วัสดุทั้งหมดเหล่านี้ได้รับการบูรณาการอย่างแข็งขันกับอะลูมิเนียมในการผลิตอุปกรณ์และกลไกที่ซับซ้อน พลวัตของการพัฒนาการผลิตอะลูมิเนียมเป็นหลักฐานจากข้อเท็จจริงที่ว่ากว่าร้อยปีตั้งแต่ปลายศตวรรษที่ 19 ถึง 21 การผลิตอะลูมิเนียมเพิ่มขึ้น 110,000 เท่าและในปี 2553 มีจำนวน 40 ล้านตัน
การเตรียมโพแทสเซียมสารส้ม
อลูมิเนียม(ละติน: อะลูมิเนียม) ในตารางธาตุ อะลูมิเนียมอยู่ในคาบที่สาม ในกลุ่มย่อยหลักของกลุ่มที่สาม คอร์ชาร์จ +13 โครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์ของอะตอมคือ 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1 รัศมีอะตอมของโลหะคือ 0.143 นาโนเมตร รัศมีโควาเลนต์คือ 0.126 นาโนเมตร รัศมีทั่วไปของไอออน Al 3+ คือ 0.057 นาโนเมตร พลังงานไอออไนเซชัน อัล – อัล + 5.99 eV
สถานะออกซิเดชันที่มีลักษณะเฉพาะที่สุดของอะตอมอะลูมิเนียมคือ +3 สถานะออกซิเดชันเชิงลบไม่ค่อยเกิดขึ้น มีระดับย่อยอิสระอยู่ในชั้นอิเล็กตรอนด้านนอกของอะตอม ด้วยเหตุนี้หมายเลขประสานงานในสารประกอบจึงไม่ใช่แค่ 4 (AlCl 4-, AlH 4-, อะลูมิโนซิลิเกต) แต่ยังรวมถึง 6 (Al 2 O 3, 3+)
การอ้างอิงทางประวัติศาสตร์- ชื่ออลูมิเนียมมาจากภาษาละติน ลูเมน - ย้อนกลับไปใน 500 ปีก่อนคริสตกาล เรียกว่าสารส้มอะลูมิเนียม ซึ่งใช้เป็นสารช่วยประสานในการย้อมผ้าและฟอกหนัง นักวิทยาศาสตร์ชาวเดนมาร์ก H.K. Oersted ในปี 1825 โดยทำปฏิกิริยากับโพแทสเซียมอะมัลกัมบน AlCl 3 ที่ปราศจากน้ำ แล้วกลั่นปรอทออกจนได้อะลูมิเนียมที่ค่อนข้างบริสุทธิ์ วิธีการทางอุตสาหกรรมวิธีแรกในการผลิตอะลูมิเนียมถูกเสนอในปี พ.ศ. 2397 โดยนักเคมีชาวฝรั่งเศส A.E. Sainte-Clair Deville: วิธีการประกอบด้วยรีดิวซ์อะลูมิเนียมสองชั้นและโซเดียมคลอไรด์ Na 3 AlCl 6 ด้วยโซเดียมโลหะ สีคล้ายกับสีเงิน อะลูมิเนียมมีราคาแพงมากในตอนแรก ตั้งแต่ปี พ.ศ. 2398 ถึง พ.ศ. 2433 มีการผลิตอะลูมิเนียมเพียง 200 ตัน วิธีการผลิตอะลูมิเนียมที่ทันสมัยโดยอิเล็กโทรไลซิสของการหลอมด้วยไครโอไลท์-อลูมินาได้รับการพัฒนาในปี 1886 พร้อมกันและแยกจากกันโดย C. Hall ในสหรัฐอเมริกาและ P. Heroux ในฝรั่งเศส
อยู่ในธรรมชาติ
อลูมิเนียมเป็นโลหะที่พบมากที่สุดในเปลือกโลก คิดเป็น 5.5–6.6 โมล เศษส่วน% หรือ 8 โดยน้ำหนัก% มวลหลักมีความเข้มข้นในอะลูมิโนซิลิเกต ผลิตภัณฑ์ที่พบบ่อยมากจากการทำลายหินที่เกิดจากพวกมันคือดินเหนียวซึ่งมีองค์ประกอบหลักซึ่งสอดคล้องกับสูตร Al 2 O 3 2SiO2. 2H 2 O. อะลูมิเนียมรูปแบบธรรมชาติอื่นๆ อะลูมิเนียม Al 2 O 3 มีความสำคัญมากที่สุด xH 2 O และแร่ธาตุคอรันดัม Al 2 O 3 และ cryolite AlF 3 . 3NaF.
ใบเสร็จ
ในปัจจุบัน ในอุตสาหกรรม อลูมิเนียมผลิตโดยกระบวนการอิเล็กโทรไลซิสของสารละลายอลูมินา อัล 2 โอ 3 ในไครโอไลท์หลอมเหลว Al 2 O 3 จะต้องค่อนข้างบริสุทธิ์ เนื่องจากสิ่งสกปรกออกจากอะลูมิเนียมที่หลอมได้ยาก จุดหลอมเหลวของ Al 2 O 3 อยู่ที่ประมาณ 2,050 o C และไครโอไลท์คือ 1100 o C ส่วนผสมหลอมเหลวของไครโอไลท์และ Al 2 O 3 ที่มีประมาณ 10 wt.% Al 2 O 3 จะถูกอิเล็กโทรไลซิสซึ่งละลายที่ 960 o C และมีค่าการนำไฟฟ้า ความหนาแน่นและความหนืด เหมาะที่สุดสำหรับกระบวนการ ด้วยการเติม AlF 3, CaF 2 และ MgF 2 จะทำให้อิเล็กโทรไลซิสเกิดขึ้นได้ที่อุณหภูมิ 950 o C
อิเล็กโทรไลเซอร์สำหรับการถลุงอะลูมิเนียมเป็นโครงเหล็กที่บุด้วยอิฐทนไฟด้านใน ด้านล่าง (ด้านล่าง) ซึ่งประกอบจากบล็อกถ่านหินอัดทำหน้าที่เป็นแคโทด แอโนดตั้งอยู่ด้านบน: เป็นเฟรมอลูมิเนียมที่เต็มไปด้วยถ่านอัดก้อน
อัล 2 O 3 = อัล 3+ + อัลO 3 3-
อลูมิเนียมเหลวถูกปล่อยออกมาที่แคโทด:
อัล 3+ + 3е - = อัล
อลูมิเนียมจะถูกรวบรวมที่ด้านล่างของเตาเผาจากจุดที่ปล่อยออกมาเป็นระยะ ออกซิเจนถูกปล่อยออกมาที่ขั้วบวก:
4อัลโอ 3 3- – 12e - = 2อัล 2 โอ 3 + 3O 2
ออกซิเจนออกซิไดซ์กราไฟท์เป็นคาร์บอนออกไซด์ เมื่อคาร์บอนเผาไหม้ ขั้วบวกจะถูกสร้างขึ้น
อลูมิเนียมยังใช้เป็นสารเติมแต่งอัลลอยด์ให้กับโลหะผสมหลายชนิดเพื่อให้ต้านทานความร้อนได้
คุณสมบัติทางกายภาพของอลูมิเนียม- อะลูมิเนียมผสมผสานชุดคุณสมบัติที่มีคุณค่ามากเข้าด้วยกัน: ความหนาแน่นต่ำ การนำความร้อนและไฟฟ้าสูง ความเหนียวสูง และทนต่อการกัดกร่อนได้ดี สามารถปลอมแปลง ประทับตรา รีด หรือวาดได้อย่างง่ายดาย อลูมิเนียมเชื่อมได้ดีด้วยการเชื่อมด้วยแก๊ส หน้าสัมผัส และการเชื่อมประเภทอื่นๆ โครงตาข่ายอะลูมิเนียมมีศูนย์กลางเป็นลูกบาศก์ โดยมีพารามิเตอร์ a = 4.0413 Å คุณสมบัติของอะลูมิเนียมก็เหมือนกับโลหะทุกชนิดจึงขึ้นอยู่กับความบริสุทธิ์ คุณสมบัติของอะลูมิเนียมที่มีความบริสุทธิ์สูง (99.996%): ความหนาแน่น (ที่ 20 °C) 2698.9 กก./ลบ.ม. 3 ; อุณหภูมิสูงสุด 660.24 °C; จุดเดือดประมาณ 2,500 °C; สัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อน (จาก 20° ถึง 100 °C) 23.86·10 -6; ค่าการนำความร้อน (ที่ 190 °C) 343 W/m·K, ความจุความร้อนจำเพาะ (ที่ 100 °C) 931.98 J/kg·K. - ค่าการนำไฟฟ้าเทียบกับทองแดง (ที่ 20 °C) 65.5% อลูมิเนียมมีความแข็งแรงต่ำ (ความต้านทานแรงดึง 50–60 Mn/m2) ความแข็ง (170 Mn/m2 ตาม Brinell) และความเหนียวสูง (สูงถึง 50%) ในระหว่างการรีดเย็น ความต้านทานแรงดึงของอลูมิเนียมจะเพิ่มขึ้นเป็น 115 Mn/m2 ความแข็ง - สูงถึง 270 Mn/m2 การยืดตัวสัมพัทธ์ลดลงเป็น 5% (1 Mn/m2 ~ และ 0.1 kgf/mm2) อะลูมิเนียมผ่านการขัดเงาอย่างดี ชุบอโนไดซ์ และมีค่าการสะท้อนแสงสูงใกล้เคียงกับเงิน (สะท้อนแสงได้มากถึง 90% ของพลังงานแสงที่ตกกระทบ) อลูมิเนียมในอากาศมีความสัมพันธ์กับออกซิเจนสูงจึงถูกเคลือบด้วยฟิล์ม Al 2 O 3 ออกไซด์ที่บางแต่แข็งแรงมาก ซึ่งช่วยปกป้องโลหะจากการเกิดออกซิเดชันเพิ่มเติม และกำหนดคุณสมบัติป้องกันการกัดกร่อนในระดับสูง ความแข็งแรงของฟิล์มออกไซด์และผลการป้องกันจะลดลงอย่างมากเมื่อมีสิ่งสกปรกของปรอท, โซเดียม, แมกนีเซียม, ทองแดง, ฯลฯ อลูมิเนียมทนต่อการกัดกร่อนในบรรยากาศทะเลและน้ำจืดในทางปฏิบัติไม่ทำปฏิกิริยากับไนตริกเข้มข้นหรือเจือจางสูง กรด กรดอินทรีย์ ผลิตภัณฑ์อาหาร
คุณสมบัติทางเคมี
เมื่อให้ความร้อนอลูมิเนียมที่บดละเอียดแล้ว จะเผาไหม้อย่างแรงในอากาศ การมีปฏิสัมพันธ์กับกำมะถันดำเนินไปในทำนองเดียวกัน การรวมกันของคลอรีนและโบรมีนเกิดขึ้นที่อุณหภูมิปกติและไอโอดีน - เมื่อถูกความร้อน ที่อุณหภูมิสูงมาก อลูมิเนียมจะรวมตัวกับไนโตรเจนและคาร์บอนโดยตรงด้วย ในทางตรงกันข้าม มันไม่ทำปฏิกิริยากับไฮโดรเจน
อลูมิเนียมค่อนข้างทนทานต่อน้ำ แต่หากผลการป้องกันของฟิล์มออกไซด์ถูกกำจัดออกโดยกลไกหรือโดยการควบรวม ปฏิกิริยาที่รุนแรงจะเกิดขึ้น:
HNO3 และ H2SO4 ที่เจือจางสูงและเข้มข้นมากแทบไม่มีผลกระทบต่ออะลูมิเนียม (ในที่เย็น) ในขณะที่กรดเหล่านี้จะค่อยๆละลายที่ความเข้มข้นปานกลาง อลูมิเนียมบริสุทธิ์ค่อนข้างทนทานต่อกรดไฮโดรคลอริก แต่โลหะอุตสาหกรรมธรรมดาจะละลายเข้าไป
เมื่ออลูมิเนียมสัมผัสกับสารละลายด่างที่เป็นน้ำ ชั้นออกไซด์จะละลายและเกิดอะลูมิเนตขึ้น - เกลือที่มีอลูมิเนียมเป็นส่วนหนึ่งของไอออน:
อัล 2 O 3 + 2NaOH + 3H 2 O = 2Na
อลูมิเนียมที่ไม่มีฟิล์มป้องกันทำปฏิกิริยากับน้ำโดยแทนที่ไฮโดรเจนจากมัน:
2อัล + 6H 2 O = 2อัล(OH) 3 + 3H 2
อะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ที่เกิดขึ้นจะทำปฏิกิริยากับอัลคาไลส่วนเกิน ทำให้เกิดไฮดรอกซีอะลูมิเนต:
อัล(OH) 3 + NaOH = นา
สมการโดยรวมสำหรับการละลายอะลูมิเนียมในสารละลายด่างที่เป็นน้ำ:
2Al + 2NaOH + 6H 2 O = 2Na + 3H 2
อลูมิเนียมละลายอย่างเห็นได้ชัดในสารละลายเกลือซึ่งมีปฏิกิริยาเป็นกรดหรือด่างเช่นในสารละลาย Na 2 CO 3 เนื่องจากการไฮโดรไลซิส
ในชุดความเครียดจะอยู่ระหว่าง Mg และ Zn ในสารประกอบที่เสถียรทั้งหมด อะลูมิเนียมจะมีสถานะเป็นไตรวาเลนต์
การรวมกันของอะลูมิเนียมกับออกซิเจนจะมาพร้อมกับการปล่อยความร้อนจำนวนมหาศาล (1,676 kJ/mol Al 2 O 3) ซึ่งมากกว่าโลหะอื่นๆ จำนวนมากอย่างมาก ด้วยเหตุนี้ เมื่อส่วนผสมของออกไซด์ของโลหะที่สอดคล้องกับผงอะลูมิเนียมได้รับความร้อน จะเกิดปฏิกิริยารุนแรงขึ้น ซึ่งนำไปสู่การปล่อยโลหะอิสระออกจากออกไซด์ที่นำมา วิธีการลดขนาดโดยใช้ Al (อุณหภูมิอะลูมิเนียม) มักใช้เพื่อให้ได้องค์ประกอบจำนวนหนึ่ง (Cr, Mn, V, W ฯลฯ) ในสถานะอิสระ
บางครั้งการใช้อะลูมิเนียมอุณหภูมิในการเชื่อมชิ้นส่วนเหล็กแต่ละชิ้น โดยเฉพาะข้อต่อของรางรถราง ส่วนผสมที่ใช้ (“เทอร์ไมต์”) มักประกอบด้วยผงละเอียดของอะลูมิเนียมและ Fe 3 O 4 มันถูกจุดไฟโดยใช้ฟิวส์ที่ทำจากส่วนผสมของ Al และ BaO 2 ปฏิกิริยาหลักเป็นไปตามสมการ:
8Al + 3Fe 3 O 4 = 4Al 2 O 3 + 9Fe + 3350 กิโลจูล
นอกจากนี้อุณหภูมิจะพัฒนาประมาณ 3,000 o C
อลูมิเนียมออกไซด์เป็นสีขาว ทนไฟได้มาก (mp 2050 o C) และไม่ละลายในมวลน้ำ อัล 2 โอ 3 ธรรมชาติ (คอรันดัมแร่) เช่นเดียวกับที่ได้มาจากการสังเคราะห์แล้วเผาด้วยความร้อนสูงนั้นมีความโดดเด่นด้วยความแข็งสูงและไม่ละลายในกรด Al 2 O 3 (เรียกว่าอลูมินา) สามารถแปลงเป็นสถานะที่ละลายได้โดยการหลอมรวมกับด่าง
โดยทั่วไปแล้ว คอรันดัมธรรมชาติที่ปนเปื้อนด้วยเหล็กออกไซด์เนื่องจากมีความแข็งมาก จะถูกนำไปใช้ในการผลิตล้อเจียร หินลับมีด ฯลฯ ในรูปแบบบดละเอียด เรียกว่ากากกะรุน ใช้สำหรับทำความสะอาดพื้นผิวโลหะและทำกระดาษทราย เพื่อจุดประสงค์เดียวกันมักใช้ Al 2 O 3 ซึ่งได้มาจากการหลอมอะลูมิเนียม (ชื่อทางเทคนิค - alundum)
คริสตัลคอรันดัมสีโปร่งใส - ทับทิมสีแดง - ส่วนผสมของโครเมียม - และแซฟไฟร์สีน้ำเงิน - ส่วนผสมของไทเทเนียมและเหล็ก - หินมีค่า พวกเขายังได้มาจากการประดิษฐ์และใช้เพื่อวัตถุประสงค์ทางเทคนิคเช่นสำหรับการผลิตชิ้นส่วนสำหรับเครื่องมือที่มีความแม่นยำ หินนาฬิกา ฯลฯ ผลึกทับทิมที่มีส่วนผสมของ Cr 2 O 3 เล็กน้อยถูกใช้เป็นเครื่องกำเนิดควอนตัม - เลเซอร์ที่สร้างลำแสงโดยตรงของรังสีเอกรงค์เดียว
เนื่องจากความไม่ละลายของ Al 2 O 3 ในน้ำ ไฮดรอกไซด์ Al(OH) 3 ที่เกี่ยวข้องกับออกไซด์นี้สามารถหาได้จากเกลือทางอ้อมเท่านั้น การเตรียมไฮดรอกไซด์สามารถแสดงได้ดังต่อไปนี้ ภายใต้การกระทำของด่าง OH – ไอออนจะค่อยๆ ถูกแทนที่ด้วยโมเลกุลของน้ำ 3+ ในสารประกอบเชิงซ้อนของน้ำ:
3+ + OH - = 2+ + H 2 O
2+ + โอ้ - = + + H 2 โอ
โอ้ - = 0 + H 2 O
Al(OH) 3 เป็นตะกอนเจลาตินัสสีขาวขนาดใหญ่ ซึ่งแทบไม่ละลายในน้ำ แต่ละลายได้ง่ายในกรดและด่างแก่ ดังนั้นจึงมีลักษณะเป็นแอมโฟเทอริก อย่างไรก็ตาม คุณสมบัติพื้นฐานและเป็นกรดโดยเฉพาะอย่างยิ่งแสดงออกมาค่อนข้างอ่อน อะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ไม่ละลายในส่วนเกิน NH 4 OH อะลูมิเนียมเจลในรูปแบบหนึ่งของไฮดรอกไซด์อบแห้ง ถูกนำมาใช้ในเทคโนโลยีเป็นตัวดูดซับ
เมื่อทำปฏิกิริยากับด่างแก่จะเกิดอะลูมิเนตที่เกี่ยวข้อง:
NaOH + อัล(OH) 3 = นา
อะลูมิเนตของโลหะโมโนวาเลนต์ที่มีฤทธิ์มากที่สุดจะละลายได้สูงในน้ำ แต่เนื่องจากการไฮโดรไลซิสที่รุนแรง สารละลายของพวกมันจึงเสถียรเมื่อมีอัลคาไลมากเกินไปเท่านั้น อะลูมิเนตที่ผลิตจากฐานที่อ่อนกว่าจะถูกไฮโดรไลซ์เกือบทั้งหมดในสารละลายดังนั้นจึงสามารถรับได้แบบแห้งเท่านั้น (โดยการหลอม Al 2 O 3 กับออกไซด์ของโลหะที่เกี่ยวข้อง) Metaaluminates ถูกสร้างขึ้นซึ่งมีองค์ประกอบที่ได้มาจากกรด metaaluminum HAlO 2 ส่วนใหญ่ไม่ละลายในน้ำ
Al(OH) 3 เกิดเป็นเกลือพร้อมกับกรด อนุพันธ์ของกรดแก่ส่วนใหญ่ละลายได้ในน้ำสูง แต่มีการไฮโดรไลซ์ค่อนข้างมาก ดังนั้นสารละลายจึงมีปฏิกิริยาเป็นกรด เกลืออะลูมิเนียมที่ละลายน้ำได้และกรดอ่อนจะถูกไฮโดรไลซ์มากยิ่งขึ้น เนื่องจากการไฮโดรไลซิส ทำให้ไม่สามารถรับซัลไฟด์ คาร์บอเนต ไซยาไนด์ และเกลืออลูมิเนียมอื่นๆ ได้จากสารละลายที่เป็นน้ำ
ในสภาพแวดล้อมที่เป็นน้ำ แอนไอออน Al 3+ จะถูกล้อมรอบด้วยโมเลกุลของน้ำหกโมเลกุลโดยตรง ไอออนไฮเดรตดังกล่าวค่อนข้างจะแยกตัวออกตามรูปแบบ:
3+ + H 2 O = 2+ + โอ้ 3 +
ค่าคงที่การแยกตัวของมันคือ 1 10 -5 เช่น เป็นกรดอ่อน (มีความแรงใกล้เคียงกับกรดอะซิติก) สภาพแวดล้อมแบบแปดด้านของ Al 3+ ที่มีโมเลกุลของน้ำหกโมเลกุลยังถูกเก็บรักษาไว้ในไฮเดรตแบบผลึกของเกลืออะลูมิเนียมจำนวนหนึ่ง
อะลูมิโนซิลิเกตถือได้ว่าเป็นซิลิเกตซึ่งส่วนหนึ่งของซิลิกอนออกซิเจน tetrahedra SiO 4 4 - ถูกแทนที่ด้วยอะลูมิเนียม-ออกซิเจน tetrahedra AlO 4 5 ในบรรดาอะลูมิโนซิลิเกตที่พบมากที่สุดคือเฟลด์สปาร์ซึ่งมีมวลมากกว่าครึ่งหนึ่งของ เปลือกโลก. ตัวแทนหลักของพวกเขาคือแร่ธาตุ
ออร์โธเคลส K 2 อัล 2 ศรี 6 O 16 หรือ K 2 O . อัล 2 โอ 3 . 6SiO2
albite Na 2 Al 2 Si 6 O 16 หรือ Na 2 O อัล 2 โอ 3 . 6SiO2
อะนอร์ไทต์ CaAl 2 Si 2 O 8 หรือ CaO อัล 2 โอ 3 . 2SiO2
แร่ธาตุของกลุ่มไมก้ามีอยู่ทั่วไป เช่น มัสโคไวต์แคล 2 (อัลซี 3 O 10) (OH) 2 แร่เนฟิลีน (Na, K) 2 ซึ่งใช้ในการผลิตอลูมินา ผลิตภัณฑ์โซดา และซีเมนต์ มีความสำคัญอย่างยิ่งในทางปฏิบัติ การผลิตนี้ประกอบด้วยการดำเนินการดังต่อไปนี้: ก) เนฟีลีนและหินปูนถูกเผาในเตาหลอมแบบท่อที่อุณหภูมิ 1200 o C:
(นา, เค) 2 + 2CaCO 3 = 2CaSiO 3 + NaAlO 2 + KAlO 2 + 2CO 2
b) มวลที่ได้จะถูกชะล้างด้วยน้ำ - เกิดสารละลายของโซเดียมและโพแทสเซียมอะลูมิเนตและสารละลาย CaSiO 3:
NaAlO 2 + KAlO 2 + 4H 2 O = Na + K
c) CO 2 ที่เกิดขึ้นระหว่างการเผาจะถูกส่งผ่านสารละลายอะลูมิเนต:
นา + K + 2CO 2 = NaHCO 3 + KHCO 3 + 2Al(OH) 3
d) โดยการให้ความร้อน Al(OH) 3 จะได้อลูมินา:
2อัล(OH) 3 = อัล 2 O 3 + 3H 2 O
e) โดยการระเหยสุราแม่ โซดาและ potage จะถูกแยกออก และใช้กากตะกอนที่ได้รับก่อนหน้านี้สำหรับการผลิตปูนซีเมนต์
เมื่อผลิต Al 2 O 3 1 ตันจะได้ผลิตภัณฑ์โซดา 1 ตันและซีเมนต์ 7.5 ตัน
อะลูมิโนซิลิเกตบางชนิดมีโครงสร้างหลวมและสามารถแลกเปลี่ยนไอออนได้ ซิลิเกต - จากธรรมชาติและโดยเฉพาะอย่างยิ่งเทียม - ใช้สำหรับการทำให้น้ำอ่อนลง นอกจากนี้ เนื่องจากพื้นผิวมีการพัฒนาอย่างมาก จึงใช้เป็นตัวรองรับตัวเร่งปฏิกิริยา เช่น เป็นวัสดุที่ชุบด้วยตัวเร่งปฏิกิริยา
อลูมิเนียมเฮไลด์ภายใต้สภาวะปกติเป็นสารผลึกไม่มีสี ในชุดอะลูมิเนียมเฮไลด์ AlF 3 มีคุณสมบัติแตกต่างจากอะนาล็อกมาก เป็นวัสดุทนไฟ ละลายได้เล็กน้อยในน้ำ และไม่มีการใช้งานทางเคมี วิธีการหลักในการผลิต AlF 3 ขึ้นอยู่กับการกระทำของ HF ที่ปราศจากน้ำบน Al 2 O 3 หรือ Al:
อัล 2 O 3 + 6HF = 2AlF 3 + 3H 2 O
สารประกอบอะลูมิเนียมที่มีคลอรีน โบรมีน และไอโอดีนสามารถหลอมละลายได้ มีปฏิกิริยาสูง และละลายได้สูงไม่เพียงแต่ในน้ำเท่านั้น แต่ยังรวมถึงตัวทำละลายอินทรีย์หลายชนิดด้วย ปฏิกิริยาระหว่างอะลูมิเนียมเฮไลด์กับน้ำจะมาพร้อมกับการปล่อยความร้อนอย่างมีนัยสำคัญ ในสารละลายที่เป็นน้ำ พวกมันทั้งหมดจะถูกไฮโดรไลซ์สูง แต่ต่างจากเฮไลด์อโลหะที่เป็นกรดทั่วไปตรงที่ไฮโดรไลซิสของพวกมันไม่สมบูรณ์และสามารถย้อนกลับได้ มีการระเหยอย่างเห็นได้ชัดแม้ภายใต้สภาวะปกติ AlCl 3, AlBr 3 และ AlI 3 ควันในอากาศชื้น (เนื่องจากการไฮโดรไลซิส) สามารถรับได้จากปฏิกิริยาโดยตรงของสารธรรมดา
ความหนาแน่นไอของ AlCl 3, AlBr 3 และ AlI 3 ที่อุณหภูมิค่อนข้างต่ำไม่มากก็น้อยสอดคล้องกับสูตรคู่ - Al 2 Hal 6 โครงสร้างเชิงพื้นที่ของโมเลกุลเหล่านี้สอดคล้องกับจัตุรมุขสองตัวที่มีขอบร่วมกัน อะตอมของอลูมิเนียมแต่ละอะตอมจะถูกพันธะกับอะตอมของฮาโลเจนสี่อะตอม และอะตอมของฮาโลเจนส่วนกลางแต่ละอะตอมจะถูกจับกับอะตอมของอะลูมิเนียมทั้งสองอะตอม จากพันธะทั้งสองของอะตอมฮาโลเจนส่วนกลาง พันธะหนึ่งคือผู้บริจาค-ผู้รับ โดยมีอะลูมิเนียมทำหน้าที่เป็นตัวรับ
ด้วยเกลือเฮไลด์ของโลหะโมโนวาเลนต์จำนวนหนึ่ง อะลูมิเนียมเฮไลด์จึงเกิดสารประกอบเชิงซ้อน ซึ่งส่วนใหญ่เป็นประเภท M 3 และ M (โดยที่ Hal คือคลอรีน โบรมีน หรือไอโอดีน) แนวโน้มที่จะเกิดปฏิกิริยาเติมโดยทั่วไปจะเด่นชัดมากในเฮไลด์ที่อยู่ระหว่างการพิจารณา นี่เป็นเหตุผลที่ชัดเจนว่าทำไมจึงมีการใช้ AlCl 3 เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาทางเทคนิคที่สำคัญที่สุด (ในการกลั่นน้ำมันและในการสังเคราะห์สารอินทรีย์)
ฟลูออโรอะลูมิเนตมีการใช้งานมากที่สุด (สำหรับการผลิต Al, F 2, สารเคลือบ, แก้ว ฯลฯ) คือ Na 3 ไครโอไลท์ การผลิตไครโอไลท์เทียมทางอุตสาหกรรมขึ้นอยู่กับการบำบัดอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ด้วยกรดไฮโดรฟลูออริกและโซดา:
2อัล(OH) 3 + 12HF + 3Na 2 CO 3 = 2Na 3 + 3CO 2 + 9H 2 O
คลอโร- โบรโม- และไอโอโดอะลูมิเนตได้มาจากการหลอมอะลูมิเนียมไตรฮาไลด์กับเฮไลด์ของโลหะที่เกี่ยวข้อง
แม้ว่าอลูมิเนียมจะไม่ทำปฏิกิริยาทางเคมีกับไฮโดรเจน แต่สามารถได้รับอะลูมิเนียมไฮไดรด์ทางอ้อม เป็นมวลองค์ประกอบอสัณฐานสีขาว (AlH 3) n สลายตัวเมื่อได้รับความร้อนสูงกว่า 105 o C โดยมีการปล่อยไฮโดรเจน
เมื่อ AlH 3 ทำปฏิกิริยากับไฮไดรด์พื้นฐานในสารละลายไม่มีตัวตน จะเกิดไฮโดรอะลูมิเนต:
LiH + AlH 3 = Li
ไฮดริโดอะลูมิเนตเป็นของแข็งสีขาว สลายตัวอย่างรวดเร็วด้วยน้ำ พวกมันเป็นตัวรีดิวซ์ที่รุนแรง พวกมันถูกใช้ (โดยเฉพาะ Li) ในการสังเคราะห์สารอินทรีย์
อะลูมิเนียมซัลเฟต อัล 2 (SO 4) 3. 18H 2 O ได้มาจากการกระทำของกรดซัลฟิวริกร้อนกับอะลูมิเนียมออกไซด์หรือดินขาว ใช้สำหรับทำน้ำให้บริสุทธิ์ตลอดจนเตรียมกระดาษบางประเภท
โพแทสเซียมอะลูมิเนียมสารส้ม KAl(SO 4) 2. 12H 2 O ใช้ในปริมาณมากสำหรับการฟอกหนัง และในอุตสาหกรรมการย้อมสีเพื่อใช้เป็นสารประชดสำหรับผ้าฝ้าย ในกรณีหลัง ผลของสารส้มขึ้นอยู่กับข้อเท็จจริงที่ว่าอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ที่เกิดขึ้นจากการไฮโดรไลซิสสะสมอยู่ในเส้นใยผ้าในสถานะที่กระจายตัวอย่างประณีต และเมื่อดูดซับสีย้อมแล้วก็จะยึดสีย้อมไว้อย่างแน่นหนาบนเส้นใย
ในบรรดาอนุพันธ์ของอลูมิเนียมอื่นๆ ควรกล่าวถึงอะซิเตต (หรือเกลือของกรดอะซิติก) Al(CH 3 COO) 3 ซึ่งใช้ในการย้อมผ้า (เป็นสารมอร์แดนท์) และในทางการแพทย์ (โลชั่นและลูกประคบ) อลูมิเนียมไนเตรตละลายได้ง่ายในน้ำ อลูมิเนียมฟอสเฟตไม่ละลายในน้ำและกรดอะซิติก แต่ละลายได้ในกรดและด่างแก่
อลูมิเนียมในร่างกาย- อลูมิเนียมเป็นส่วนหนึ่งของเนื้อเยื่อของสัตว์และพืช ในอวัยวะของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมพบอลูมิเนียมตั้งแต่ 10 -3 ถึง 10 -5% (ตามเกณฑ์หยาบ) อะลูมิเนียมสะสมในตับ ตับอ่อน และต่อมไทรอยด์ ในผลิตภัณฑ์จากพืช ปริมาณอะลูมิเนียมอยู่ในช่วงตั้งแต่ 4 มก. ต่อวัตถุแห้ง 1 กิโลกรัม (มันฝรั่ง) ถึง 46 มก. (หัวผักกาดสีเหลือง) ในผลิตภัณฑ์จากสัตว์ - ตั้งแต่ 4 มก. (น้ำผึ้ง) ถึง 72 มก. ต่อวัตถุแห้ง 1 กิโลกรัม ( เนื้อวัว). ในอาหารของมนุษย์ทุกวัน ปริมาณอลูมิเนียมจะสูงถึง 35–40 มก. สิ่งมีชีวิตที่มีอะลูมิเนียมเข้มข้นเป็นที่รู้จัก เช่น มอส (Lycopodiaceae) ซึ่งมีอะลูมิเนียมมากถึง 5.3% ในเถ้า และหอย (Helix และ Lithorina) ซึ่งมีอะลูมิเนียม 0.2–0.8% ในเถ้า ด้วยการสร้างสารประกอบที่ไม่ละลายน้ำด้วยฟอสเฟต อลูมิเนียมจะขัดขวางสารอาหารของพืช (การดูดซึมฟอสเฟตทางราก) และสัตว์ (การดูดซึมฟอสเฟตในลำไส้)
ธรณีเคมีของอะลูมิเนียม- คุณสมบัติธรณีเคมีของอะลูมิเนียมถูกกำหนดโดยความสัมพันธ์ที่สูงกับออกซิเจน (ในแร่ธาตุ อลูมิเนียมจะรวมอยู่ในออกซิเจนทรงแปดหน้าและจัตุรมุข) ความจุคงที่ (3) และความสามารถในการละลายต่ำของสารประกอบธรรมชาติส่วนใหญ่ ในกระบวนการภายนอกในระหว่างการแข็งตัวของแมกมาและการก่อตัวของหินอัคนีอลูมิเนียมจะเข้าสู่ตาข่ายคริสตัลของเฟลด์สปาร์ไมกาและแร่ธาตุอื่น ๆ - อะลูมิโนซิลิเกต ในชีวมณฑล อะลูมิเนียมเป็นสารอพยพที่อ่อนแอ พบได้ยากในสิ่งมีชีวิตและไฮโดรสเฟียร์ ในสภาพอากาศชื้น ซึ่งซากพืชที่เน่าเปื่อยก่อให้เกิดกรดอินทรีย์หลายชนิด อะลูมิเนียมจะอพยพไปในดินและน้ำในรูปของสารประกอบคอลลอยด์ออร์แกโนมิเนอรัล อะลูมิเนียมถูกคอลลอยด์ดูดซับและสะสมอยู่ในดินส่วนล่าง พันธะระหว่างอลูมิเนียมกับซิลิคอนแตกออกบางส่วน และในบางสถานที่ในเขตร้อน แร่ธาตุก็เกิดขึ้น - อะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ - โบเอไมต์, ไดสปอร์, ไฮดราจิลไลท์ อลูมิเนียมส่วนใหญ่เป็นส่วนหนึ่งของอะลูมิโนซิลิเกต - เคโอลิไนต์, ไบเดลไลต์ และแร่ธาตุดินเหนียวอื่นๆ ความคล่องตัวที่อ่อนแอเป็นตัวกำหนดการสะสมของอะลูมิเนียมที่ตกค้างในเปลือกโลกที่ผุกร่อนของเขตร้อนชื้น เป็นผลให้เกิดแร่อะลูมิเนียม eluvial ในยุคทางธรณีวิทยาที่ผ่านมา บอกไซต์ยังสะสมอยู่ในทะเลสาบและบริเวณชายฝั่งทะเลในเขตร้อน (เช่น แร่บอกไซต์ตะกอนของคาซัคสถาน) ในทุ่งหญ้าสเตปป์และทะเลทราย ซึ่งมีสิ่งมีชีวิตน้อย และน้ำมีความเป็นกลางและเป็นด่าง อะลูมิเนียมแทบจะไม่มีการเคลื่อนย้ายเลย การอพยพของอะลูมิเนียมจะมีพลังมากที่สุดในบริเวณภูเขาไฟ ซึ่งเป็นบริเวณที่มีแม่น้ำและน้ำใต้ดินที่เป็นกรดสูงซึ่งอุดมไปด้วยอะลูมิเนียม ในสถานที่ซึ่งมีน้ำที่เป็นกรดผสมกับน้ำทะเลที่เป็นด่าง (ที่ปากแม่น้ำและอื่นๆ) อะลูมิเนียมจะตกตะกอนพร้อมกับการก่อตัวของแร่บอกไซต์
การใช้อลูมิเนียม- การผสมผสานระหว่างคุณสมบัติทางกายภาพ ทางกล และทางเคมีของอะลูมิเนียมเป็นตัวกำหนดการใช้งานอย่างแพร่หลายในเกือบทุกด้านของเทคโนโลยี โดยเฉพาะอย่างยิ่งในรูปของโลหะผสมกับโลหะอื่นๆ ในด้านวิศวกรรมไฟฟ้า อะลูมิเนียมสามารถแทนที่ทองแดงได้สำเร็จ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการผลิตตัวนำขนาดใหญ่ เช่น ในสายไฟเหนือศีรษะ สายเคเบิลไฟฟ้าแรงสูง บัสบาร์สวิตช์เกียร์ หม้อแปลงไฟฟ้า (ค่าการนำไฟฟ้าของอะลูมิเนียมสูงถึง 65.5% ของค่าการนำไฟฟ้าของทองแดง และ มันเบากว่าทองแดงมากกว่าสามเท่า ด้วยหน้าตัดที่ให้ค่าการนำไฟฟ้าเท่ากัน มวลของเส้นลวดอลูมิเนียมจึงเท่ากับครึ่งหนึ่งของทองแดง) อลูมิเนียมบริสุทธิ์พิเศษใช้ในการผลิตตัวเก็บประจุไฟฟ้าและวงจรเรียงกระแสซึ่งการกระทำนี้ขึ้นอยู่กับความสามารถของฟิล์มอะลูมิเนียมออกไซด์ในการส่งกระแสไฟฟ้าในทิศทางเดียวเท่านั้น อลูมิเนียมบริสุทธิ์พิเศษที่บริสุทธิ์โดยการหลอมโซน ใช้สำหรับการสังเคราะห์สารประกอบเซมิคอนดักเตอร์ประเภท A III B V ซึ่งใช้สำหรับการผลิตอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ อลูมิเนียมบริสุทธิ์ใช้ในการผลิตกระจกสะท้อนแสงประเภทต่างๆ อลูมิเนียมที่มีความบริสุทธิ์สูงใช้เพื่อปกป้องพื้นผิวโลหะจากการกัดกร่อนในชั้นบรรยากาศ (การหุ้ม สีอลูมิเนียม) อะลูมิเนียมมีหน้าตัดการดูดกลืนนิวตรอนค่อนข้างต่ำ จึงใช้เป็นวัสดุโครงสร้างในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์
ถังอะลูมิเนียมความจุขนาดใหญ่จัดเก็บและขนส่งก๊าซเหลว (มีเทน ออกซิเจน ไฮโดรเจน ฯลฯ) กรดไนตริกและอะซิติก น้ำสะอาด ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ และน้ำมันที่บริโภคได้ อะลูมิเนียมถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในอุปกรณ์และเครื่องมือในอุตสาหกรรมอาหาร สำหรับบรรจุภัณฑ์อาหาร (ในรูปของฟอยล์) และสำหรับการผลิตผลิตภัณฑ์ในครัวเรือนประเภทต่างๆ การใช้อะลูมิเนียมในการตกแต่งอาคาร สถาปัตยกรรม โครงสร้างการขนส่งและการกีฬาเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว
ในทางโลหะวิทยา อะลูมิเนียม (นอกเหนือจากโลหะผสมที่มีพื้นฐานอยู่บนนั้น) เป็นหนึ่งในสารเติมแต่งโลหะผสมที่พบมากที่สุดในโลหะผสมที่มี Cu, Mg, Ti, Ni, Zn และ Fe อลูมิเนียมยังใช้ในการกำจัดออกซิไดซ์เหล็กก่อนเทลงในแม่พิมพ์ เช่นเดียวกับในกระบวนการผลิตโลหะบางชนิดโดยใช้วิธีอะลูมิเนียมเทอร์มิ SAP (ผงอะลูมิเนียมเผาผนึก) ผลิตจากอลูมิเนียมโดยใช้ผงโลหะวิทยา ซึ่งมีความต้านทานความร้อนสูงที่อุณหภูมิสูงกว่า 300 °C
อลูมิเนียมใช้ในการผลิตวัตถุระเบิด (แอมโมนัล, อะลูโมทอล) สารประกอบอลูมิเนียมหลายชนิดมีการใช้กันอย่างแพร่หลาย
การผลิตและการบริโภคอะลูมิเนียมมีการเติบโตอย่างต่อเนื่อง ซึ่งแซงหน้าอัตราการเติบโตของการผลิตเหล็ก ทองแดง ตะกั่ว และสังกะสีอย่างมาก
รายชื่อวรรณกรรมที่ใช้แล้ว
1. วี.เอ. Rabinovich, Z.Ya. คาวิน “หนังสืออ้างอิงเคมีฉบับสั้น”
2. แอล.เอส. Guzey "การบรรยายเรื่องเคมีทั่วไป"
3. น.ส. Akhmetov “ เคมีทั่วไปและอนินทรีย์”
4. บี.วี. Nekrasov "ตำราเคมีทั่วไป"
5. เอ็นแอล กลินกา “เคมีทั่วไป”
ประวัติโดยย่อของอะลูมิเนียมและการประยุกต์ในปัจจุบัน
ในปี ค.ศ. 1825 นักวิทยาศาสตร์ชาวเดนมาร์ก ฮันส์ คริสเตียน เออร์สเตด ได้รับอะลูมิเนียมเป็นครั้งแรกโดยการส่งคลอรีนผ่านส่วนผสมร้อนของอลูมินาและถ่านหิน
กระบวนการเกี่ยวข้องกับการให้ความร้อนตามมาของแอนไฮดรัสอะลูมิเนียมคลอไรด์ที่เป็นผลลัพธ์กับโพแทสเซียมอะมัลกัม จากนั้นอะมัลกัมจะสลายตัวโดยการให้ความร้อน ปรอทระเหย และได้อะลูมิเนียม
ในปี 1827 ฟรีดริช โวห์เลอร์ได้พัฒนาวิธีการผลิตโลหะอะลูมิเนียมที่บริสุทธิ์ยิ่งขึ้น เขาเปลี่ยนอลูมิเนียมจากคลอไรด์เดียวกันด้วยโลหะโพแทสเซียม Wöhlerเป็นคนแรกที่อธิบายรายละเอียดคุณสมบัติของอะลูมิเนียมและวัดความหนาแน่นของอลูมิเนียม
ในปี ค.ศ. 1855 นักเคมีชาวฝรั่งเศส Henri Etienne Sainte-Clair Deville ได้พัฒนาวิธีการทางอุตสาหกรรมวิธีแรกในการผลิตอะลูมิเนียม โดยอาศัยการแทนที่อะลูมิเนียมด้วยโลหะโซเดียมจากโซเดียมคลอไรด์สองเท่าและอะลูมิเนียม
วิธีการนี้ใช้ในการผลิตอะลูมิเนียมในโรงงานต่างๆ ทั่วโลกมาเป็นเวลา 30 ปีแล้ว
แต่อะลูมิเนียมอาจมีความสำคัญทางเทคนิคก็ต่อเมื่อจุดหลอมเหลวของอะลูมิเนียมออกไซด์ลดลงเท่านั้น วิธีแก้ปัญหานี้พบโดย Charles Martin Hall และ Paul Héroult พวกเขาพบว่าอลูมินาละลายได้ดีในพรีโอลิธหลอมเหลว สารละลายนี้ผ่านกระบวนการอิเล็กโทรไลซิสที่อุณหภูมิประมาณ 950°C
ในปี พ.ศ. 2430 นักเคมีชาวเยอรมัน Karl-Joseph Bauer ได้รับสิทธิบัตรในการแยกอะลูมิเนียมออกจากแร่บอกไซต์
เนื่องจากอลูมิเนียมมีความหนาแน่น จึงทำให้สามารถสร้างเครื่องบินและเรือบินได้ ใบพัดของเฮลิคอปเตอร์ทำจากโลหะผสม Al-Mg-Si ทั่วโลก
อลูมิเนียมถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตรถยนต์ จักรยาน เครื่องบิน เรือ รถราง ขวดน้ำ กระป๋อง...
ปัจจุบันอลูมิเนียมเป็นโลหะที่มีคุณค่าเป็นพิเศษและใช้ในสถาปัตยกรรม โครงสร้างอลูมิเนียมใช้ในการออกแบบและก่อสร้างอาคารทั้งอุตสาหกรรมและที่พักอาศัย
อะลูมิเนียมถูกนำมาใช้ในการก่อสร้าง Palace of Pioneers ในมอสโกและ Louvre Pyramid ในปารีส
ภายในอาคาร อะลูมิเนียมใช้ทำบันได เพดาน ราวบันได และเฟอร์นิเจอร์ อลูมิเนียมยังใช้ทำของตกแต่ง สายไฟ และสีเงินอีกด้วย โลหะนี้มีมูลค่าสูงเป็นวัสดุสำหรับวางโครงสร้างเมื่อกระจกหน้าต่างระเบียงและหน้าต่างร้านค้า
อลูมิเนียมออกไซด์ใช้ในการผลิตวัสดุทนไฟและในการผลิตเซรามิก
อลูมิเนียมช่วยให้คุณสร้างโครงการทางสถาปัตยกรรมและสร้างอาคารได้ในเวลาอันสั้น ในขณะเดียวกันก็ตระหนักถึงแนวคิดที่กล้าหาญที่สุด ซึ่งก่อให้เกิดรูปแบบที่แปลกใหม่อย่างมาก
จัดทำโดย Anastasia CHUDINOVA
| ค่าเช่าอุปกรณ์: |
