Proprietățile chimice ale al. Ce este aluminiul

oxid de aluminiu(alumină) A1 2 O 3, incoloră. cristale; p.p. 2044°C; t. kip. 3530 °С. Singurul cristalin stabil până la 2044 ° C. modificarea oxidului de aluminiu-A1 2 O 3 (corindon): zăbrele romboedrice, a \u003d 0,512 nm, \u003d 55,25 ° (pentru instalarea hexagonală a \u003d 0,475 nm, c \u003d 1,29 zm , d spațiu, D 6 nzm 3, d. u003d 2); dens 3,99 g/cm3 N° pl 111,4 kJ/mol; Ecuații de dependență de temperatură: capacitate termică C ° p \u003d \u003d 114,4 + 12,9 * 10 -3 T - 34,3 * 10 5 T 2 JDmol * K) (298T 1800 K), presiunea vaporilor Igp (Pa) \u003d -54800/7 +1,68 (până la ~ 3500 K); coeficient de temperatură. expansiune liniară (7,2-8,6) * 10 -6 K -1 (300T1200 K); conductivitate termică sinterizat la 730°C probă 0,35 W/(mol*K); duritate Mohs 9; indicele de refracție pentru un fascicul obișnuit este n 0 1,765, pentru un fascicul extraordinar este 1,759.

Oxidul de aluminiu (Al2O3) are un set excepțional de proprietăți, cum ar fi:

• Duritate mare
• Conductivitate termică bună
• Rezistență excelentă la coroziune
• densitate scazuta
• Reținerea puterii pe o gamă largă de temperaturi
• proprietăți de izolare electrică
• Cost redus în comparație cu alte materiale ceramice

Toate aceste combinații fac ca materialul să fie indispensabil în fabricarea de produse rezistente la coroziune, rezistente la uzură, izolatoare electric și rezistente la căldură pentru diverse industrii.

Aplicatii principale:

• Căptușeală de mori, hidrocicloane, betoniere, extrudere, transportoare, țevi și alte echipamente de uzură
• Inele de etanșare mecanică
• Matrice, fire, ghidaje
• Lagăre, arbori și căptușeală ale părților umede ale pompelor chimice
• Corpuri de măcinare
• Piese de echipamente pentru fabricarea hârtiei
• Arzătoare
• Duze de extrudere (miezuri)
• creuzete
• Elemente de supape și supape
• Duze pentru aparate de sudat cu argon-arc
• izolatoare electrice

Există mai multe modificări ale oxidului de aluminiu, în funcție de conținutul fazei principale și de impurități, care se disting prin rezistență și rezistență chimică.

hidroxid de aluminiu

Hidroxidul de aluminiu Al(OH) 3 este un solid incolor, insolubil în apă, care face parte din multe bauxite. Există în patru modificări polimorfe. La rece, se formează α-Al (OH) 3 - bayerita, iar la depunerea dintr-o soluție fierbinte γ-Al (OH) 3 - gibbsit (hidargilit), ambele cristalizează într-o singonie monoclinică, au o structură stratificată, straturile constau din octaedre, intre straturi actioneaza legatura de hidrogen. Există, de asemenea, gibbsit triclinic γ'-Al(OH)3, nordstranditul triclinic β-Al(OH)3 și două modificări ale oxohidroxidului de AlOOH - boehmit ortorrombic și diasporă. Hidroxidul de aluminiu amorf are o compoziție variabilă Al 2 O 3 nH 2 O. Când este încălzit peste 180°C, se descompune.

Proprietăți chimice

Hidroxidul de aluminiu este un compus amfoter tipic, hidroxidul proaspăt obținut se dizolvă în acizi și baze:

2Al(OH)3 + 6HCl = 2AlCl3 + 6H2O

Al(OH)3 + NaOH + 2H20 = Na.

Când este încălzit, se descompune, procesul de deshidratare este destul de complicat și poate fi reprezentat schematic după cum urmează:

Al(OH)3 \u003d AlOOH + H2O;

2AlOOH \u003d Al 2 O 3 + H 2 O.

hidroxid de aluminiu - Substanta chimica, care este un compus de oxid de aluminiu cu apă. Poate fi în stare lichidă și solidă. Hidroxidul lichid este o substanță transparentă asemănătoare jeleului, care este foarte puțin solubilă în apă. Hidroxidul solid este o substanță cristalină albă care are proprietăți chimice pasive și nu reacționează cu aproape niciun alt element sau compus.

clorura de aluminiu

Se sublimează la 183°C sub presiune normală (se topește la 192,6°C sub presiune). Este foarte solubil în apă (44,38 g în 100 g H 2 O la 25 ° C); datorită hidrolizei, fumează în aer umed, eliberând HCl. Hidrat de cristal AlCl 3 6H 2 O precipită din soluții apoase - cristale deliquescente alb-gălbui. Bine solubil în mulți compuși organici (în etanol - 100 g în 100 g alcool la 25 ° C, în acetonă, dicloroetan, etilenglicol, nitrobenzen, tetraclorură de carbon si etc.); cu toate acestea, este practic insolubil în benzen și toluen.

sulfat de aluminiu

Sulfatul de aluminiu este o sare albă cu o nuanță gri, albastră sau roz, în condiții normale există sub formă de Al 2 (SO 4) 3 18H 2 O cristalin - cristale incolore. Când este încălzit, pierde apă fără să se topească; atunci când este aprins, se descompune în Al 2 O 3 și SO 3 și O 2. Se dizolvă bine în apă. Sulfatul tehnic de aluminiu poate fi obținut prin tratarea bauxitei sau argilei cu acid sulfuric și a unui produs pur prin dizolvarea Al (OH) 3 în H 2 SO 4 concentrat la cald.

Sulfatul de aluminiu este folosit ca coagulant pentru purificarea apei pentru uz casnic și industrial și pentru utilizare în industria hârtiei, textilelor, piele și alte industrii.

Folosit ca aditiv alimentar E-520

carbură de aluminiu

Carbura de aluminiu este obținută prin reacția directă a aluminiului cu carbonul într-un cuptor cu arc.

Calca cu aluminiu

Alni- un grup de fier (Fe) magnetic dur (coercitivitate mare) - aliaje de nichel (Ni) - aluminiu (Al).

Alierea aliajelor alni îmbunătățește caracteristicile magnetice ale acestora, se utilizează aliaje de cupru (de exemplu, un aliaj de 24% nichel, 4% cupru, 13% aluminiu și 59% fier), cobalt (aliaje alnico și magnico). Impuritatea carbonului reduce proprietățile magnetice ale aliajului; conținutul acestuia nu trebuie să depășească 0,03%.

Aliajele Alni se caracterizează prin duritate și fragilitate ridicate, astfel încât turnarea este folosită pentru a face magneți permanenți din ei.

aluminat de sodiu

aluminat de sodiu- un compus anorganic, un oxid complex de sodiu și aluminiu cu formula NaAlO 2, o substanță amorfă albă, reacționează cu apa.

Acid ortoaluminic

Alumina "tu, săruri ale acizilor de aluminiu: ortoaluminiu H3 AlO3, metaaluminiu HAlO2 etc. Aluminații cu formula generală R sunt cei mai des întâlniți în natură, unde R este Mg, Ca, Be, Zn etc. Printre aceștia se numără: 1) varietăți octaedrice, așa-zisul. spinele - Mg (spinel nobil), Zn (ganit sau spinel de zinc), etc. și 2) soiuri rombice - Be (crisoberil), etc. (în formule minerale atomii care alcătuiesc un grup structural sunt de obicei încadrați între paranteze drepte).

Aluminații de metale alcaline se obțin prin reacția Al sau Al (OH) 3 cu alcalii caustici: Al (OH) 3 + KOH \u003d KAlO2 + 2H2 O. Dintre aceștia, un luminat de sodiu NaAlO2, format în timpul procesului alcalin de obținere a aluminei , folosit in industria textila ca pata. Aluminații metalelor alcalino-pământoase se obțin prin topirea oxizilor lor cu Al2 O3; dintre aceștia, aluminați de calciu CaAl2 O4 servesc ca componentă principală a cimentului aluminos cu întărire rapidă.

Aluminații elementelor pământurilor rare au câștigat importanță practică. Se obțin prin dizolvarea în comun a oxizilor elementelor pământurilor rare R2 03 și Al(NO3)3 în acid azotic, evaporarea soluției rezultate până la cristalizarea sărurilor și calcinarea acestora din urmă la 1000-1100°C. Formarea aluminaților este controlată prin difracția cu raze X, precum și prin analiza de fază chimică. Acesta din urmă se bazează pe solubilitatea diferită a oxizilor inițiali și a compusului format (A., de exemplu, sunt stabili în acid acetic, în timp ce oxizii elementelor pământurilor rare se dizolvă bine în acesta). Aluminații de elemente de pământuri rare au o rezistență chimică ridicată, în funcție de temperaturile de precalcinare a acestora; în apă sunt constante la temperaturi ridicate (până la 350 °C) sub presiune. Cel mai bun solvent pentru aluminați de pământuri rare este acidul clorhidric. Aluminații de pământuri rare se caracterizează prin refractaritate ridicată și colorație caracteristică. Densitățile lor variază de la 6500 la 7500 kg /m3.

Aluminiu - distrugerea metalului sub influența mediului.

Pentru reacția Al 3+ + 3e → Al, potențialul standard al electrodului aluminiului este -1,66 V.

Punctul de topire al aluminiului este de 660 °C.

Densitatea aluminiului este de 2,6989 g/cm 3 (în condiții normale).

Aluminiul, deși este un metal activ, are proprietăți de coroziune destul de bune. Acest lucru poate fi explicat prin capacitatea de a fi pasivat în multe medii agresive.

Rezistența la coroziune a aluminiului depinde de mulți factori: puritatea metalului, mediul coroziv, concentrația de impurități agresive în mediu, temperatură etc. pH-ul soluțiilor are o influență puternică. Oxidul de aluminiu pe suprafața metalului se formează numai în intervalul de pH de la 3 la 9!

Puritatea sa afectează foarte mult rezistența la coroziune a Al. Pentru fabricarea agregatelor chimice, echipamentelor, se utilizează numai metal de înaltă puritate (fără impurități), de exemplu, clasele de aluminiu AB1 și AB2.

Coroziunea aluminiului nu este observată numai în acele medii în care se formează o peliculă de oxid de protecție pe suprafața metalului.

Când este încălzit, aluminiul poate reacționa cu unele nemetale:

2Al + N 2 → 2AlN - interacțiunea aluminiului și azotului cu formarea nitrurii de aluminiu;

4Al + 3С → Al 4 С 3 - reacția de interacțiune a aluminiului cu carbonul cu formarea carburii de aluminiu;

2Al + 3S → Al 2 S 3 - interacțiunea aluminiului și a sulfului cu formarea sulfurei de aluminiu.

Coroziunea aluminiului în aer (coroziunea atmosferică a aluminiului)

Aluminiul, atunci când interacționează cu aerul, trece într-o stare pasivă. Când metalul pur intră în contact cu aerul, pe suprafața aluminiului apare instantaneu o peliculă protectoare subțire de oxid de aluminiu. În plus, creșterea filmului încetinește. Formula oxidului de aluminiu este Al 2 O 3 sau Al 2 O 3 H 2 O.

Reacția de interacțiune a aluminiului cu oxigenul:

4Al + 3O 2 → 2Al 2 O 3 .

Grosimea acestui film de oxid este între 5 și 100 nm (în funcție de condițiile de funcționare). Oxidul de aluminiu are aderență bună la suprafață, satisface condiția de continuitate a filmelor de oxid. Când este depozitat într-un depozit, grosimea oxidului de aluminiu pe suprafața metalului este de aproximativ 0,01 - 0,02 microni. Când interacționează cu oxigenul uscat - 0,02 - 0,04 microni. În timpul tratamentului termic al aluminiului, grosimea peliculei de oxid poate ajunge la 0,1 µm.

Aluminiul este destul de rezistent atât în ​​aer curat din mediul rural, cât și în atmosferă industrială (conținând vapori de sulf, hidrogen sulfurat, amoniac gazos, acid clorhidric uscat etc.). pentru că coroziunea aluminiului în mediile gazoase nu este afectată de compușii sulfului - este utilizat pentru fabricarea instalațiilor de prelucrare a uleiului acru, a dispozitivelor de vulcanizare a cauciucului.

Coroziunea aluminiului în apă

Coroziunea aluminiului aproape nu este observată atunci când interacționează cu apă curată proaspătă, distilată. Creșterea temperaturii la 180 °C nu are un efect deosebit. Vaporii de apă fierbinte nu au nici un efect asupra coroziunii aluminiului. Dacă se adaugă puțină alcalină în apă, chiar și la temperatura camerei, viteza de coroziune a aluminiului într-un astfel de mediu va crește ușor.

Interacțiunea aluminiului pur (neacoperit cu o peliculă de oxid) cu apa poate fi descrisă folosind ecuația de reacție:

2Al + 6H 2 O \u003d 2Al (OH) 3 + 3H 2.

Când interacționează cu apa de mare, aluminiul pur începe să se corodeze, deoarece. sensibil la sarurile dizolvate. Pentru a exploata aluminiul din apa de mare, în compoziția sa se introduce o cantitate mică de magneziu și siliciu. Rezistența la coroziune a aluminiului și a aliajelor sale, atunci când sunt expuse apa de mare, este semnificativ redus dacă cuprul este inclus în compoziția metalului.

Coroziunea aluminiului în acizi

Pe măsură ce puritatea aluminiului crește, crește rezistența acestuia la acizi.

Coroziunea aluminiului în acid sulfuric

Pentru aluminiu și aliajele sale, acidul sulfuric (are proprietăți oxidante) în concentrații medii este foarte periculos. Reacția cu acid sulfuric diluat este descrisă de ecuația:

2Al + 3H2SO4 (razb) → Al2 (SO4)3 + 3H2.

Acidul sulfuric la rece concentrat nu are efect. Și când este încălzit, aluminiul corodează:

2Al + 6H2SO4 (conc) → Al2 (SO4)3 + 3SO2 + 6H2O.

Aceasta formează o sare solubilă - sulfat de aluminiu.

Al este stabil în oleum (acid sulfuric fumos) la temperaturi de până la 200 °C. Din acest motiv, este utilizat pentru producerea de acid clorosulfonic (HSO 3 Cl) și oleum.

Coroziunea aluminiului în acid clorhidric

În acidul clorhidric, aluminiul sau aliajele sale se dizolvă rapid (mai ales odată cu creșterea temperaturii). Ecuația coroziunii:

2Al + 6HCI → 2AlCI3 + 3H2.

Soluțiile de acizi bromhidric (HBr), fluorhidric (HF) acționează în mod similar.

Coroziunea aluminiului în acid azotic

O soluție concentrată de acid azotic are proprietăți oxidante ridicate. Aluminiul în acid azotic la temperatură normală este excepțional de stabil (rezistență mai mare decât oțelul inoxidabil 12X18H9). Este folosit chiar și pentru a produce acid azotic concentrat prin sinteză directă.

Când este încălzit, coroziunea aluminiului în acid azotic are loc conform reacției:

Al + 6HNO3 (conc) → Al(NO3)3 + 3NO2 + 3H2O.

Coroziunea aluminiului în acid acetic

Aluminiul are o rezistență suficient de mare la acidul acetic de orice concentrație, dar numai dacă temperatura nu depășește 65 ° C. Este folosit pentru producerea de formaldehidă și acid acetic. La temperaturi mai ridicate, aluminiul se dizolvă (cu excepția concentrațiilor acide de 98 - 99,8%).

În brom, soluții slabe de acizi cromic (până la 10%), fosforic (până la 1%) la temperatura camerei, aluminiul este stabil.

Acizii citric, butiric, malic, tartric, propionic, vinul, sucurile de fructe au un efect slab asupra aluminiului și aliajelor acestuia.

Acizii oxalici, formici, organoclorurati distrug metalul.

Rezistența la coroziune a aluminiului este foarte afectată de mercurul vaporos și lichid în picături. După un scurt contact, metalul și aliajele sale se corodează intens, formând amalgame.

Coroziunea aluminiului în alcalii

Alcalii dizolvă cu ușurință pelicula de oxid de protecție de pe suprafața aluminiului, începe să reacționeze cu apa, drept urmare metalul se dizolvă cu eliberarea de hidrogen (coroziunea aluminiului cu depolarizare a hidrogenului).

2Al + 2NaOH + 6H20 → 2Na + 3H2;

2(NaOH H2O) + 2Al → 2NaAlO2 + 3H2.

se formează aluminați.

De asemenea, pelicula de oxid este distrusă de sărurile ionilor de mercur, cupru și clorură.

Aluminiul este un element cu numărul atomic 13 și o masă atomică relativă de 26,98154. Este în perioada III grupa III, subgrupul principal. Configurație electronică: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1 3d 0 . Starea stabilă de oxidare a aluminiului este „+3”. Cationul rezultat are o înveliș de gaz nobil, care contribuie la stabilitatea sa, dar raportul dintre sarcină și rază, adică concentrația de sarcină, este destul de mare, ceea ce crește energia cationului. Această caracteristică duce la faptul că aluminiul, împreună cu compușii ionici, formează o serie de compuși covalenti, iar cationul său suferă o hidroliză semnificativă în soluție.

Aluminiul poate prezenta valența I numai la temperaturi peste 1500 ° C. Al 2 O și AlCl sunt cunoscute.

În ceea ce privește proprietățile fizice, aluminiul este un metal tipic cu conductivitate termică și electrică ridicată, al doilea doar după argint și cupru. Potențialul de ionizare al aluminiului nu este foarte mare, așa că ne putem aștepta la o activitate chimică ridicată de la acesta, dar este semnificativ redus datorită faptului că metalul este pasivizat în aer datorită formării unei pelicule puternice de oxid pe suprafața sa. Dacă metalul este activat: a) îndepărtați mecanic pelicula, b) amalgamează (aduc în interacțiune cu mercurul), c) utilizați o pulbere, atunci un astfel de metal devine atât de reactiv încât interacționează chiar și cu umiditatea și oxigenul din aer, în timp ce fiind distruse în conformitate cu procesul:

4(Al,Hg) + 3O 2 + 6H 2 O = 4Al(OH) 3 + (Hg)

Interacțiunea cu substanțe simple.

1. Pulbere de aluminiu reacţionează la încălzire puternică cu oxigen. Aceste condiții sunt necesare din cauza pasivării, iar reacția în sine de formare a oxidului de aluminiu este extrem de exotermă - se eliberează 1676 kJ/mol de căldură.

2. Cu clor și brom reacționează în condiții standard, este chiar capabil să se aprindă în mediul lor. Numai că nu răspunde cu fluor deoarece fluorura de aluminiu, ca și oxidul, formează o peliculă de sare protectoare pe suprafața metalului. Cu iod reacţionează la încălzire şi în prezenţa apei ca catalizator.

3. Cu sulf reacţionează la fuziune pentru a da sulfură de aluminiu din compoziţia Al2S3.

4. De asemenea, reacţionează cu fosforul când este încălzit pentru a forma o fosfură: AlP.

5. Direct cu hidrogen aluminiul nu interacționează.

6. Cu azot reacţionează la 800 o C, dând nitrură de aluminiu (AlN). Trebuie spus că arderea aluminiului în aer are loc la aproximativ aceste temperaturi, prin urmare, produsele arderii (ținând cont de compoziția aerului) sunt atât oxid, cât și nitrură în același timp.

7. Cu carbon aluminiul interacționează la o temperatură și mai mare: 2000 o C. Carbura de aluminiu din compoziția Al 4 C 3 aparține metanidelor, nu conține Conexiuni C-C, iar metanul este eliberat în timpul hidrolizei: Al 4 C 3 + 12H 2 O \u003d 4Al (OH) 3 + 3CH 4

Interacțiunea cu substanțe complexe

1. Cu apă aluminiul activat (fără peliculă de protecție) interacționează activ cu degajarea hidrogenului: 2Al (act.) + 6H 2 O \u003d 2Al (OH) 3 + 3H 2 Hidroxidul de aluminiu se obține sub formă de pulbere friabilă albă, absența un film nu împiedică reacția să se finalizeze.

2. Interacțiunea cu acizii: a) Aluminiul interacționează activ cu acizii neoxidanți în conformitate cu ecuația: 2Al + 6H 3 O + + 6H 2 O = 2 3+ + 3H 2,

b) Cu acizii oxidanți, interacțiunea are loc cu următoarele caracteristici. Acizii nitric și sulfuric concentrați, precum și acidul azotic foarte diluat, pasivează aluminiul (oxidarea rapidă a suprafeței duce la formarea unei pelicule de oxid) la rece. Când este încălzită, pelicula este spartă și reacția continuă, dar numai produsele reducerii lor minime sunt eliberate din acizii concentrați când sunt încălzite: 2Al + 6H 2 SO 4 (conc) = Al 2 (SO 4) 3 + 3SO 2 6H 2 O Al + 6HNO 3 ( conc) \u003d Al (NO 3) 3 + 3NO 2 + 3H 2 O Cu acid azotic moderat diluat, în funcție de condițiile de reacție, se poate obține NO, N 2 O, N 2, NH 4 + .

3. Interacțiunea cu alcalii. Aluminiul este un element amfoter (după proprietățile sale chimice), deoarece are o electronegativitate suficient de mare pentru metale - 1,61. Prin urmare, se dizolvă destul de ușor în soluții alcaline cu formarea de complexe hidroxo și hidrogen. Compoziția complexului hidroxo depinde de raportul de reactivi: 2Al + 2NaOH + 6H 2 O = 2Na + 3H 2 2Al + 6NaOH + 6H 2 O = 2Na 3 + 3H 2 Raportul dintre aluminiu și hidrogen este determinat de balanța electronică de reacția redox care are loc între ele și raportul dintre reactivi nu depinde.

4. Potențialul scăzut de ionizare și afinitatea ridicată pentru oxigen (o stabilitate mare a oxidului) duc la faptul că aluminiul interacționează activ cu mulți oxizi metalici restabilindu-le. Reacțiile au loc la încălzirea inițială cu degajare suplimentară de căldură, astfel încât temperatura să se ridice la 1200 o - 3000 o C. Un amestec de 75% pulbere de aluminiu și 25% (în masă) Fe 3 O 4 se numește „termit”. Anterior, reacția de ardere a acestui amestec a fost folosită pentru sudarea șinelor. Restaurarea metalelor din oxizi folosind aluminiu se numește aluminotermie și este utilizată în industrie ca modalitate de obținere a metalelor precum mangan, crom, vanadiu, wolfram, feroaliaje.

5. Cu soluții sărate aluminiul interacționează în două moduri diferite. 1. Dacă, ca urmare a hidrolizei, soluția de sare are un mediu acid sau alcalin, se eliberează hidrogen (cu soluții acide, reacția se desfășoară numai cu încălzire semnificativă, deoarece filmul protector de oxid se dizolvă mai bine în alcali decât în ​​acizi). 2Al + 6KHSO 4 + (H 2 O) \u003d Al 2 (SO 4) 3 + 3K 2 SO 4 + 3H 2 2Al + 2K 2 CO 3 + 8H 2 O \u003d 2K + 2KHCO 3 + 3H 2. 2. Aluminiul se poate deplasa din compoziția metalelor sărate care se află în rândul de stres la dreapta decât acesta, i.e. va fi de fapt oxidat de cationii acestor metale. Din cauza peliculei de oxid, această reacție nu are loc întotdeauna. De exemplu, anionii de clorură sunt capabili să distrugă filmul, iar reacția 2Al + 3FeCl 2 = 2AlCl 3 + 3Fe are loc, în timp ce o reacție similară cu sulfații nu are loc la temperatura camerei. Cu aluminiu activat, orice interacțiune care nu contrazice regula generala, va merge.

compuși de aluminiu.

1. Oxid (Al2O3). Este cunoscut sub forma mai multor modificări, dintre care majoritatea sunt foarte durabile și inerte din punct de vedere chimic. Modificarea α-Al 2 O 3 are loc în natură sub formă de corindon mineral. În rețeaua cristalină a acestui compus, cationii de aluminiu sunt uneori înlocuiți parțial cu cationi ai altor metale, ceea ce conferă mineralului culoarea sa. Amestecul de Cr(III) dă o culoare roșie, un astfel de corindon este deja o piatră prețioasă de rubin. Un amestec de Ti(III) și Fe(III) dă un safir albastru. Modificarea amorfă este activă din punct de vedere chimic. Alumina este un oxid amfoter tipic care reacționează atât cu acizi și oxizi acizi, cât și cu alcalii și oxizi bazici și este de preferat cu alcalii. Produșii de reacție în soluție și în faza solidă în timpul fuziunii diferă: Na 2 O + Al 2 O 3 \u003d 2NaAlO 2 (fuziune) - metaaluminat de sodiu, 6NaOH + Al 2 O 3 \u003d 2Na 3 AlO 3 + 3H 2 O ( fuziune) - ortoaluminat de sodiu, Al 2 O 3 + 3CrO 3 = Al 2 (CrO 4) 3 (fuziune) - cromat de aluminiu. Pe lângă oxizi și alcaline solide, în timpul fuziunii, aluminiul reacţionează cu sărurile formate din oxizi acizi volatili, înlocuindu-le din compoziția sării: K 2 CO 3 + Al 2 O 3 \u003d 2KAlO 2 + CO 2 Reacții în soluție: Al 2 O 3 + 6HCl \u003d 2 3+ + 6Cl 1- + 3H 2 O Al 2 O 3 +2 NaOH + 3H 2 O \u003d 2 Na - tetrahidroxoaluminat de sodiu. Anionul tetrahidroxoaluminat este de fapt anionul tetrahidroxodiaqua 1-, deoarece pentru aluminiu se preferă un număr de coordonare de 6. Cu un exces de alcali, se formează hexahidroxoaluminat: Al 2 O 3 + 6NaOH + 3H 2 O \u003d 2Na 3. Pe lângă acizi și alcaline, pot fi așteptate reacții cu sărurile acide: 6KHSO 4 + Al 2 O 3 \u003d 3K 2 SO 4 + Al 2 (SO 4) 3 + 3H 2 O.

3. Hidroxizi de aluminiu. Sunt cunoscuți doi hidroxizi de aluminiu - metahidroxid - AlO (OH) și ortohidroxid - Al (OH) 3. Ambele nu se dizolvă în apă, dar sunt și amfotere, prin urmare se dizolvă în soluții de acizi și alcaline, precum și în săruri care au un mediu acid sau alcalin ca urmare a hidrolizei. Când sunt topi, hidroxizii reacţionează în mod similar cu oxidul. Ca toate bazele insolubile, hidroxizii de aluminiu se descompun la încălzire: 2Al (OH) 3 \u003d Al 2 O 3 + 3H 2 O. Dizolvați în soluții alcaline, hidroxizii de aluminiu nu se dizolvă în amoniac apos, astfel încât pot fi precipitați cu amoniac dintr-un sare solubilă: Al (NO 3) 3 + 3NH 3 + 2H 2 O \u003d AlO (OH) ↓ + 3NH 4 NO 3, această reacție produce exact metahidroxid. Este dificil să se precipite hidroxidul cu alcalii, deoarece precipitatul rezultat se dizolvă ușor, iar reacția globală este: AlCl 3 +4 NaOH = Na + 3NaCl

4. săruri de aluminiu. Aproape toate sărurile de aluminiu sunt foarte solubile în apă. Fosfatul de AlPO4 și fluorura de AlF3 sunt insolubile. pentru că cationul de aluminiu are o concentrație mare de sarcină, complexul său acvatic capătă proprietățile unui acid cationic: 3+ + H 2 O = H 3 O + + 2+ , adică. sărurile de aluminiu suferă o hidroliză cationică puternică. În cazul sărurilor acizilor slabi, hidroliza devine ireversibilă datorită intensificării reciproce a hidrolizei de către cation și anion. În soluție, ele sunt complet descompuse de apă sau nu pot fi obținute prin reacția de schimb de carbonat, sulfit, sulfură și silicat de aluminiu: Al 2 S 3 + 6H 2 O \u003d 2Al (OH) 3 ↓ + 3H 2 S 2Al (NO 3) 3 + 3K 2 CO 3 + 3H 2 O \u003d 2Al (OH) 3 ↓ + 3CO 2 + 6KNO 3. Pentru unele săruri, hidroliza devine ireversibilă atunci când este încălzită. Acetatul de aluminiu umed se descompune atunci când este încălzit conform ecuației: 2Al(OOCCH 3) 3 + 3H 2 O = Al 2 O 3 + 6CH 3 COOH \u003d Al (OH) 3 ↓ + 3HCl. Dintre halogenurile de aluminiu, doar fluorura este un compus ionic, restul halogenurilor sunt compuși covalenti, punctele lor de topire sunt semnificativ mai mici decât cele ale fluorurii, clorura de aluminiu este capabilă să se sublimeze. La o temperatură foarte ridicată, vaporii conţin molecule singulare de halogenuri de aluminiu, care au o structură triunghiulară plată datorită hibridizării sp 2 a orbitalilor atomici ai atomului central. Starea fundamentală a acestor compuși în vapori și în unii solvenți organici este dimeri, de exemplu, Al2Cl6. Halogenurile de aluminiu sunt acizi Lewis puternici deoarece au un orbital atomic liber. Prin urmare, dizolvarea în apă are loc odată cu eliberarea un numar mare căldură. O clasă interesantă de compuși ai aluminiului (precum și alte metale trivalente) sunt alaunul - sulfați dubli de 12 apă M I M III (SO 4) 2, care, atunci când sunt dizolvați, ca toate sărurile duble, dau un amestec de cationi și anioni corespunzători.

5. compuși complecși. Să luăm în considerare hidroxocomplexii de aluminiu. Acestea sunt săruri în care particula complexă este un anion. Toate sărurile sunt solubile. Distrus prin interacțiunea cu acizii. În acest caz, acizii puternici dizolvă ortohidroxidul rezultat și oxizii acizi slabi sau corespunzători (H 2 S, CO 2, SO 2) îl precipită: K + 4HCl \u003d KCl + AlCl 3 + 4H 2 O K + CO 2 \u003d Al (OH)3↓ + KHCO3

Când sunt calcinați, hidroxoaluminați se transformă în orto- sau metaaluminați, pierzând apă.

Fier

Element cu număr atomic 26, cu masa atomică relativă de 55,847. Aparține familiei 3d de elemente, are o configurație electronică: 3d 6 4s 2 și se află în perioada IV, grupa VIII, subgrup lateral în sistemul periodic. În compuși, fierul prezintă predominant stări de oxidare +2 și +3. Ionul Fe 3+ are un înveliș de electron d pe jumătate umplut, 3d 5 , ceea ce îi conferă stabilitate suplimentară. Stările de oxidare +4, +6, +8 sunt mult mai dificil de realizat.

Din punct de vedere al proprietăților fizice, fierul este un metal alb-argintiu, strălucitor, relativ moale, maleabil, ușor de magnetizat și demagnetizat. Punct de topire 1539 o C. Are mai multe modificări alotropice care diferă prin tipul rețelei cristaline.

Proprietăți o substanță simplă.

1. Când arde în aer, formează un oxid mixt Fe 3 O 4, iar când interacționează cu oxigenul pur - Fe 2 O 3. Pudra de fier este piroforică - se aprinde spontan în aer.

2. Fluorul, clorul și bromul reacţionează ușor cu fierul, oxidându-l la Fe 3+. FeJ 2 se formează cu iod, deoarece cationul de fier trivalent oxidează anionul iodură și, prin urmare, compusul FeJ 3 nu există.

3. Dintr-un motiv similar, nu există compus Fe 2 S 3, iar interacțiunea fierului și sulfului la punctul de topire al sulfului duce la compusul FeS. Cu un exces de sulf se obține pirita - disulfură de fier (II) - FeS 2. Se formează și compuși nestoichiometrici.

4. Cu restul nemetalelor, fierul reacţionează cu încălzire puternică, formând soluţii solide sau compuşi asemănători metalelor. Puteți da o reacție care are loc la 500 o C: 3Fe + C \u003d Fe 3 C. Această combinație de fier și carbon se numește cementită.

5. Fierul formează aliaje cu multe metale.

6. În aer la temperatura camerei, fierul este acoperit cu o peliculă de oxid, astfel încât să nu interacționeze cu apa. Interacţiunea cu aburul supraîncălzit dă următorii produşi: 3Fe + 4H 2 O (abur) = Fe 3 O 4 + 4H 2 . În prezența oxigenului, fierul interacționează chiar și cu umiditatea aerului: 4Fe + 3O 2 + 6H 2 O \u003d 4Fe (OH) 3. Ecuația de mai sus reflectă procesul de ruginire, care este supus la până la 10% din produsele metalice pe an.

7. Deoarece fierul se află în seria tensiunii către hidrogen, reacţionează uşor cu acizii neoxidanţi, dar se oxidează doar la Fe 2+.

8. Acizii azotic și sulfuric concentrați pasivează fierul, dar atunci când sunt încălziți, are loc reacția. Acidul azotic diluat reacționează și la temperatura camerei. Cu toți acizii oxidanți, fierul dă săruri de fier (III) (conform unor rapoarte, cu acid azotic diluat, este posibilă formarea azotatului de fier (II)) și reduce HNO 3 (dil.) la NO, N 2 O, N 2, NH 4 + în funcție de condiții și HNO 3 (conc.) - la NO 2 datorită încălzirii necesare pentru ca reacția să se desfășoare.

9. Fierul este capabil să reacționeze cu alcalii concentrați (50%) atunci când este încălzit: Fe + 2KOH + 2H 2 O = K 2 + H 2

10. Reacţionând cu soluţii de săruri ale metalelor mai puţin active, fierul elimină aceste metale din compoziţia sării, transformându-se într-un cation bivalent: CuCl 2 + Fe = FeCl 2 + Cu.

Proprietățile compușilor de fier.

Fe2+ Raportul sarcină-rază al acestui cation este apropiat de cel al Mg2+, astfel încât comportamentul chimic al oxidului, hidroxidului și sărurilor feroase este similar cu cel al compușilor corespunzători de magneziu. Într-o soluție apoasă, cationul feros formează un acvacomplex verde pal 2+. Acest cation este ușor oxidat chiar și direct în soluție de oxigenul atmosferic. Soluția de FeCl2 conține particule complexe 0 . Concentrația de sarcină a unui astfel de cation este scăzută, astfel încât hidroliza sărurilor este moderată.

1. FeO - oxid bazic, negru, insolubil în apă. Usor solubil in acizi. Când este încălzit peste 500 0 C, este disproporționat: 4FeO \u003d Fe + Fe 3 O 4. Poate fi obținut prin calcinarea atentă a hidroxidului, carbonatului și oxalatului corespunzător, în timp ce descompunerea termică a altor săruri de Fe 2+ duce la formarea de oxid feric: FeC 2 O 4 \u003d FeO + CO + CO 2, dar 2 FeSO 4 \u003d Fe 2 O 3 + SO 2 + SO 3 4Fe (NO 3) 2 = 2Fe 2 O 3 + 8NO 2 + O 2 Oxidul de fier (II) însuși poate acționa ca agent oxidant, de exemplu, atunci când este încălzit, reacția apare: 3FeO + 2NH 3 = 3Fe + N 2 +3H2O

2. Fe (OH) 2 - hidroxid de fier (II) - o bază insolubilă. Reacționează cu acizii. Interacțiunea acido-bazică și oxidarea la fier feric au loc simultan cu acizii oxidanți: 2Fe (OH) 2 + 4H 2 SO 4 (conc) \u003d Fe 2 (SO 4) 3 + SO 2 + 4H 2 O. Poate fi obținut prin schimb reacții cu sare solubilă. Acesta este un compus alb, care devine mai întâi verde în aer datorită interacțiunii cu umiditatea aerului, apoi devine maro din cauza oxidării cu oxigenul atmosferic: 4Fe (OH) 2 + 2H 2 O + O 2 \u003d 4Fe (OH) 3.

3. Sare. După cum sa menționat deja, majoritatea sărurilor de Fe(II) sunt lent oxidate în aer sau în soluție. Cea mai rezistentă la oxidare este sarea Mohr - fier dublu (II) și sulfat de amoniu: (NH 4) 2 Fe (SO 4) 2. 6H 2 O. Cationul Fe 2+ este ușor oxidat la Fe 3+, astfel încât majoritatea agenților oxidanți, în special acizii oxidanți, oxidează sărurile feroase. Când se ard sulfura și disulfura de fier, se obține oxid de fier (III) și oxid de sulf (IV): 4FeS 2 + 11O 2 = 2Fe 2 O 3 + 8SO 2 Sulfura de fier (II) se dizolvă și în acizi tari: FeS + 2HCl = FeCl 2 + 2H 2 S Carbonatul de fier (II) este insolubil, în timp ce bicarbonatul se dizolvă în apă.

Fe3+ Raportul dintre sarcină și rază acest cation corespunde cationului de aluminiu , prin urmare, proprietățile compușilor cationici de fier (III) sunt similare cu cele ale compușilor de aluminiu corespunzători.

Fe 2 O 3 - hematit, oxid amfoter, în care predomină proprietățile de bază. Amfoteritatea se manifestă prin posibilitatea fuziunii cu alcaline solide și carbonați de metale alcaline: Fe 2 O 3 + 2NaOH \u003d H 2 O + 2NaFeO 2 - galben sau roșu, Fe 2 O 3 + Na 2 CO 3 \u003d 2NaFeO 2 + CO 2. Ferratele (II) sunt descompuse de apă cu eliberarea de Fe 2 O 3 . nH2O.

Fe3O4- magnetita, o substanta neagra, care poate fi considerata fie ca un oxid mixt - FeO. Fe 2 O 3 sau ca fier (II) oxometaferrat (III): Fe (FeO 2) 2. Când interacționează cu acizii, dă un amestec de săruri: Fe 3 O 4 + 8HCl \u003d FeCl 2 + 2FeCl 3 + 4H 2 O.

Fe (OH) 3 sau FeO (OH) - precipitat gelatinos roșu-brun, hidroxid amfoter. Pe lângă interacțiunile cu acizii, reacționează cu o soluție concentrată fierbinte de alcali și aliaje cu alcaline solide și carbonați: Fe (OH) 3 + 3KOH \u003d K 3.

Sare. Majoritatea sărurilor ferice sunt solubile. La fel ca sărurile de aluminiu, ele suferă o hidroliză puternică a cationilor, care în prezența anionilor de acizi slabi și instabili sau insolubili pot deveni ireversibile: 2FeCl 3 + 3Na 2 CO 3 + 3H 2 O \u003d 2Fe (OH) 3 + 3CO 2 + 6NaCl . Când o soluție de clorură de fier (III) este fiartă, hidroliza poate fi, de asemenea, ireversibilă, deoarece solubilitatea acidului clorhidric, ca orice gaz, scade atunci când este încălzită și părăsește sfera de reacție: FeCl 3 + 3H 2 O \u003d Fe (OH) 3 + 3HCl (când este încălzită).

Capacitatea de oxidare a acestui cation este foarte mare, mai ales în ceea ce privește transformarea în cationul Fe 2+: Fe 3+ + ē \u003d Fe 2+ φ o \u003d 0,77v. Ca urmare:

a) soluțiile de săruri ferice oxidează toate metalele până la cupru: 2Fe (NO 3) 3 + Cu \u003d 2Fe (NO 3) 2 + Cu (NO 3) 2,

b) reacțiile de schimb cu săruri care conțin anioni ușor oxidați au loc concomitent cu oxidarea acestora: 2FeCl 3 + 2KJ = FeCl 2 + J 2 + 2KCl 2FeCl 3 + 3Na 2 S = 2FeS + S + 6NaCl

Ca și alți cationi trivalenți, fierul (III) este capabil să formeze alaun - sulfați dubli cu cationi de metale alcaline sau de amoniu, de exemplu: NH 4 Fe (SO 4) 2. 12H2O.

compuși complecși. Ambii cationi de fier tind să formeze complexe anionice, în special fier (III). FeCl 3 + KCl \u003d K, FeCl 3 + Cl 2 \u003d Cl + -. Ultima reacție reflectă acțiunea clorurii de fier (III) ca catalizator pentru clorurarea electrofilă. Complexele de cianuri prezintă interes: 6KCN + FeSO 4 = K 4 - hexacianoferat de potasiu (II), sare galbenă din sânge. 2K 4 + Cl 2 \u003d 2K 3 + 2KCl - hexacianoferrat de potasiu (III), sare roșie din sânge. Complexul de fier feros dă un precipitat sau o soluție albastră cu sarea ferică, în funcție de raportul dintre reactivi. Aceeași reacție are loc între sarea roșie din sânge și orice sare feroasă. În primul caz, precipitatul a fost numit albastru prusac, în al doilea - albastru turnbull. Ulterior s-a dovedit că cel puțin soluțiile au aceeași compoziție: K este hexacianoferat de fier(II,III) potasiu. Reacțiile descrise sunt calitative pentru prezența cationilor de fier corespunzători în soluție. O reacție calitativă la prezența unui cation feric este apariția unei culori roșii-sânge atunci când interacționează cu tiocianatul de potasiu (tiocianat): 2FeCl 3 + 6KCNS = 6KCl + Fe.

Fe+6. Starea de oxidare +6 pentru fier este instabilă. Este posibil să se obțină doar anionul FeO 4 2-, care există doar la pH>7-9, dar este un agent oxidant puternic.

Fe 2 O 3 + 4KOH + 3KNO 3 = 2K 2 FeO 4 + 3KNO 2 + 2H 2 O

Fe (rumeguș) + H 2 O + KOH + KNO 3 = K 2 FeO 4 + KNO 2 + H 2

2Fe(OH) 3 + 3Cl 2 + 10KOH = 2K 2 FeO 4 + 6KCl + 6H 2 O

Fe 2 O 3 + KClO 3 + 4KOH = 2K 2 FeO 4 + KCl + 2H 2 O

4K 2 FeO 4 + 6H 2 O \u003d 4FeO (OH) ↓ + 8KOH + 3O 2

4BaFeO 4 (încălzire) = 4BaO + 2Fe 2 O 3 + 3O 2

2K 2 FeO 4 + 2CrCl 3 + 2HCl = FeCl 3 + K 2 Cr 2 O 7 + 2KCl + H 2 O

Obținerea fierului în industrie:

A) proces de domeniu: Fe 2 O 3 + C \u003d 2FeO + CO

FeO + C = Fe + CO

FeO + CO \u003d Fe + CO 2

B) aluminotermie: Fe 2 O 3 + Al \u003d Al 2 O 3 + Fe

CROM - element cu număr de serie 24, cu masa atomică relativă de 51.996. Aparține familiei 3d de elemente, are o configurație electronică de 3d 5 4s 1 și se află în perioada IV, grupa VI, subgrup lateral în sistemul periodic. Stari de oxidare posibile: +1, +2, +3, +4, +5, +6. Dintre acestea, +2, +3, +6 sunt cele mai stabile și +3 are energia minimă.

Din punct de vedere al proprietăților fizice, cromul este un metal dur alb-cenusiu, strălucitor, cu un punct de topire de 1890 o C. Forța rețelei sale cristaline se datorează prezenței a cinci electroni d nepereche capabili de legături covalente parțiale.

Proprietățile chimice ale unei substanțe simple.

La temperaturi scăzute, cromul este inert datorită prezenței unei pelicule de oxid, nu interacționează cu apa și aerul.

1. Interacționează cu oxigenul la temperaturi peste 600 ° C. În acest caz, se formează oxid de crom (III) - Cr 2 O 3.

2. Interacțiunea cu halogenii are loc în diferite moduri: Cr + 2F 2 = CrF 4 (la temperatura camerei), 2Cr + 3Cl 2 (Br 2) = 2CrCl 3 (Br 3), Cr + J 2 = CrJ 2 (cu încălzire semnificativă ). Trebuie spus că iodura de crom (III) poate exista și se obține printr-o reacție de schimb sub formă de hidrat cristalin CrJ 3. 9H 2 O, dar stabilitatea sa termică este scăzută, iar atunci când este încălzit, se descompune în CrJ 2 și J 2 .

3. La temperaturi peste 120 ° C, cromul interacționează cu sulful topit, dând sulfură de crom (II) - CrS (negru).

4. La temperaturi peste 1000 ° C, cromul reacționează cu azotul și carbonul, dând compuși nestoichiometrici, inerți din punct de vedere chimic. Printre acestea, se poate remarca carbura cu o compoziție aproximativă de CrC, care este aproape de duritatea diamantului.

5. Cromul nu reacționează cu hidrogenul.

6. Reacția cu vaporii de apă se desfășoară după cum urmează: 2Cr + 3H 2 O \u003d Cr 2 O 3 + 3H 2

7. Reacția cu acizii neoxidanți are loc destul de ușor și se formează un complex acvatic 2+ albastru-cer, care este stabil doar în absența aerului sau în atmosferă de hidrogen. În prezența oxigenului, reacția se desfășoară diferit: 4Cr + 12HCl + 3O 2 = 4CrCl 3 + 6H 2 O. Acizii diluați saturati cu oxigen pasivează chiar cromul datorită formării unei pelicule puternice de oxid la suprafață.

8. Acizi oxidanți: acid azotic de orice concentrație, acid sulfuric concentrat, acid percloric pasiv crom astfel încât după tratarea suprafeței cu acești acizi, acesta să nu mai reacționeze cu alți acizi. Pasivarea este eliminată prin încălzire. Aceasta produce săruri de crom (III) și sulf sau dioxid de azot (din acid percloric - clorură). Pasivarea datorată formării unui film de sare are loc atunci când cromul interacționează cu acidul fosforic.

9. Cromul nu reacționează direct cu alcalii, dar reacționează cu topiturile alcaline cu adăugarea de agenți oxidanți: 2Cr + 2Na 2 CO 3 (g) + 3O 2 \u003d 2Na 2 CrO 4 + 2CO 2

10. Cromul este capabil să reacționeze cu soluțiile sărate, înlocuind metalele mai puțin active (în dreapta acestuia în seria de tensiune) din compoziția sării. Cromul însuși este transformat în cationul Cr2+.

Aluminiu- un element al subgrupului principal al celui de-al treilea grup al perioadei a treia a sistemului periodic de elemente chimice al lui D. I. Mendeleev, număr atomic 13. Este desemnat prin simbolul Al (Aluminiu). Aparține grupului de metale ușoare. Cel mai comun metal și al treilea cel mai frecvent (după oxigen și siliciu) element chimicîn scoarța terestră.

Substanța simplă aluminiu (număr CAS: 7429-90-5) este un metal ușor, paramagnetic alb-argintiu, ușor de turnat, turnat și prelucrat. Aluminiul are o conductivitate termică și electrică ridicată, rezistență la coroziune datorită formării rapide a peliculelor puternice de oxid care protejează suprafața de interacțiuni ulterioare.

Potrivit unor studii biologice, aportul de aluminiu în corpul uman a fost considerat un factor în dezvoltarea bolii Alzheimer, dar aceste studii au fost ulterior criticate și concluzia despre legătura dintre unul și celălalt a fost infirmată.

Poveste

Pentru prima dată, aluminiul a fost obținut de Hans Oersted în 1825 prin acțiunea amalgamului de potasiu asupra clorurii de aluminiu, urmată de distilarea mercurului.

Chitanță

Metoda modernă de preparare a fost dezvoltată independent de americanul Charles Hall și francezul Paul Héroux. Constă în dizolvarea oxidului de aluminiu Al 2 O 3 într-o topitură de criolit Na 3 AlF 6 urmată de electroliză cu ajutorul electrozilor de grafit. Această metodă de obținere necesită cantități mari de energie electrică și, prin urmare, a fost solicitată abia în secolul al XX-lea.

Pentru producerea a 1 tonă de aluminiu brut sunt necesare 1,920 tone de alumină, 0,065 tone de criolit, 0,035 tone de fluorură de aluminiu, 0,600 tone de masă anodică și 17 mii kWh de curent electric continuu.

Proprietăți fizice

Metal alb-argintiu, ușor, densitate - 2,7 g / cm³, punct de topire pentru aluminiu tehnic - 658 ° C, pentru aluminiu de înaltă puritate - 660 ° C, căldură specifică de fuziune - 390 kJ / kg, punct de fierbere - 2500 ° C , căldură specifică de evaporare - 10,53 MJ/kg, rezistența la rupere a aluminiului turnat - 10-12 kg/mm², deformabil - 18-25 kg/mm², aliaje - 38-42 kg/mm².

Duritate Brinell - 24-32 kgf / mm², ductilitate ridicată: tehnic - 35%, curat - 50%, rulat într-o foaie subțire și o folie uniformă.

Aluminiul are o conductivitate electrică și termică ridicată, 65% din conductibilitatea electrică a cuprului, are o reflectivitate ridicată a luminii.

Aluminiul formează aliaje cu aproape toate metalele.

Fiind în natură

Aluminiul natural constă aproape în întregime dintr-un singur izotop stabil, 27Al, cu urme de 26Al, un izotop radioactiv cu un timp de înjumătățire de 720.000 de ani, produs în atmosferă prin bombardarea nucleelor. argon protoni de raze cosmice.

În ceea ce privește prevalența în natură, ocupă locul 1 în rândul metalelor și locul 3 în rândul elementelor, al doilea doar după oxigen și siliciu. Procentul de conținut de aluminiu din scoarța terestră, conform diverșilor cercetători, variază între 7,45 și 8,14% din masa scoarței terestre.

În natură, aluminiul se găsește numai în compuși (minerale). Unii dintre ei:

• Bauxite - Al2O3. H 2 O (cu impurități SiO 2, Fe 2 O 3, CaCO 3)
• Nefeline - KNa 3 4
• Aluniți - KAl (SO 4) 2. 2Al(OH)3
• Alumină (amestecuri de caolini cu nisip SiO2, calcar CaCO3, magnezit MgCO3)
• Corindon - Al 2 O 3
• Feldspat (ortoclază) - K 2 O × Al 2 O 3 × 6SiO 2
• Caolinit - Al 2 O 3 × 2SiO 2 × 2H 2 O
• Alunită - (Na,K) 2 SO 4 × Al 2 (SO 4) 3 × 4Al (OH) 3
• Beril - 3BeO. Al203. 6SiO2

În apele naturale, aluminiul se găsește sub formă de compuși chimici cu toxicitate scăzută, cum ar fi fluorura de aluminiu. Tipul de cation sau anion depinde, în primul rând, de aciditatea mediului apos. Concentrațiile de aluminiu în corpurile de apă de suprafață din Rusia variază de la 0,001 la 10 mg/l.

Proprietăți chimice

hidroxid de aluminiu

În condiții normale, aluminiul este acoperit cu o peliculă de oxid subțire și puternică și, prin urmare, nu reacționează cu agenții oxidanți clasici: cu H 2 O (t °); O 2, HNO 3 (fără încălzire). Din acest motiv, aluminiul nu este practic supus coroziunii și, prin urmare, este solicitat pe scară largă de industria modernă. Cu toate acestea, atunci când filmul de oxid este distrus (de exemplu, la contactul cu soluții de săruri de amoniu NH4+, alcalii fierbinți sau ca rezultat al amalgamării), aluminiul acționează ca un metal reducător activ.

Reacționează ușor cu substanțe simple:

• cu oxigen: 4Al + 3O 2 = 2Al 2 O 3
• cu halogeni: 2Al + 3Br 2 = 2AlBr 3
• reacţionează cu alte nemetale atunci când este încălzit:
  • cu sulf, formând sulfură de aluminiu: 2Al + 3S = Al 2 S 3
  • cu azot, formând nitrură de aluminiu: 2Al + N 2 = 2AlN
  • cu carbon, formând carbură de aluminiu: 4Al + 3C \u003d Al 4 C 3

Metoda, inventată aproape simultan de Charles Hall în Franța și Paul Héroux în SUA în 1886 și bazată pe producerea de aluminiu prin electroliza aluminei dizolvate în criolitul topit, a pus bazele pentru mod modern producția de aluminiu. De atunci, în legătură cu îmbunătățirea ingineriei electrice, producția de aluminiu s-a îmbunătățit. O contribuție semnificativă la dezvoltarea producției de alumină a fost adusă de oamenii de știință ruși K. I. Bayer, D. A. Penyakov, A. N. Kuznetsov, E. I. Jukovski, A. A. Yakovkin și alții.

Prima fabrică de aluminiu din Rusia a fost construită în 1932 la Volhov. Industria metalurgică a URSS în 1939 a produs 47,7 mii tone de aluminiu, alte 2,2 mii tone au fost importate.

În Rusia, monopolul real în producția de aluminiu este JSC Russian Aluminium, care reprezintă aproximativ 13% din piața mondială a aluminiului și 16% din alumină.

Rezervele mondiale de bauxită sunt practic nelimitate, adică sunt incomensurabile cu dinamica cererii. Capacitățile existente pot produce până la 44,3 milioane de tone de aluminiu primar pe an. De asemenea, trebuie luat în considerare faptul că în viitor unele dintre aplicațiile din aluminiu pot fi reorientate spre utilizarea, de exemplu, a materialelor compozite.

Aplicație

O bucată de aluminiu și o monedă americană.

Utilizat pe scară largă ca material structural. Principalele avantaje ale aluminiului în această capacitate sunt ușurința, ductilitatea pentru ștanțare, rezistența la coroziune (în aer, aluminiul este acoperit instantaneu cu o peliculă puternică de Al 2 O 3, care împiedică oxidarea ulterioară a acestuia), conductivitate termică ridicată, netoxicitatea sa. compuși. În special, aceste proprietăți au făcut aluminiul extrem de popular în fabricarea de vase de gătit, folie de aluminiu în industria alimentară și pentru ambalare.

Principalul dezavantaj al aluminiului ca material structural este rezistența sa scăzută, deci este de obicei aliat cu o cantitate mică de cupru și magneziu - aliaj duraluminiu.

Conductivitatea electrică a aluminiului este de numai 1,7 ori mai mică decât cea a cuprului, în timp ce aluminiul este de aproximativ 2 ori mai ieftin. Prin urmare, este utilizat pe scară largă în inginerie electrică pentru fabricarea firelor, ecranarea acestora și chiar în microelectronică pentru fabricarea conductorilor în cipuri. Conductivitatea electrică mai mică a aluminiului (37 1/ohm) în comparație cu cuprul (63 1/ohm) este compensată de o creștere a secțiunii transversale a conductorilor de aluminiu. Dezavantajul aluminiului ca material electric este o peliculă puternică de oxid care face dificilă lipirea.

• Datorită complexului de proprietăți, este utilizat pe scară largă în echipamentele termice.
• Aluminiul și aliajele sale își păstrează rezistența la temperaturi foarte scăzute. Din acest motiv, este utilizat pe scară largă în tehnologia criogenică.
• Reflexivitatea ridicată, combinată cu costul scăzut și ușurința de depunere, face din aluminiu un material ideal pentru fabricarea oglinzilor.
• În producția de materiale de construcție ca agent de formare a gazelor.
• Aluminizarea conferă rezistență la coroziune și la calcar oțelului și altor aliaje, cum ar fi supapele de motor cu piston, paletele turbinei, platformele de ulei, echipamentele de schimb de căldură și, de asemenea, înlocuiește galvanizarea.
• Sulfura de aluminiu este folosită pentru a produce hidrogen sulfurat.
• Cercetările sunt în curs de dezvoltare pentru a dezvolta aluminiul spumat ca material deosebit de puternic și ușor.

Ca restaurator

• Ca component al termitei, amestecuri pentru aluminotermie
• Aluminiul este folosit pentru a recupera metalele rare din oxizii sau halogenurile lor.

Aliaje pe bază de aluminiu

Ca material structural, nu se folosește de obicei aluminiu pur, ci diferite aliaje pe baza acestuia.

— Aliajele de aluminiu-magneziu au rezistență ridicată la coroziune și sunt bine sudate; fac, de exemplu, corpurile navelor de mare viteză.

- Aliajele aluminiu-mangan sunt în multe privințe similare cu aliajele aluminiu-magneziu.

- Aliajele aluminiu-cupru (în special, duraluminiu) pot fi tratate termic, ceea ce le mărește foarte mult rezistența. Din păcate, materialele tratate termic nu pot fi sudate, așa că piesele de aeronave sunt încă conectate cu nituri. Un aliaj cu un conținut mai mare de cupru este foarte asemănător ca culoare cu aurul și uneori este folosit pentru a-l imita pe acesta din urmă.

— Aliajele aluminiu-siliciu (silici) sunt cele mai potrivite pentru turnare. Cazurile diferitelor mecanisme sunt adesea turnate din ele.

— Aliaje complexe pe bază de aluminiu: avial.

- Aluminiul intră în stare supraconductoare la o temperatură de 1,2 Kelvin.

Aluminiu ca aditiv în alte aliaje

Aluminiul este o componentă importantă a multor aliaje. De exemplu, în bronzurile de aluminiu, componentele principale sunt cuprul și aluminiul. În aliajele de magneziu, aluminiul este cel mai adesea folosit ca aditiv. Pentru fabricarea spiralelor în încălzitoarele electrice se utilizează Fechral (Fe, Cr, Al) (împreună cu alte aliaje).

Bijuterii

Când aluminiul era foarte scump, din el se făceau diverse produse. Bijuterii. Moda pentru ei a trecut imediat când au apărut noi tehnologii pentru producția sa, care au redus costul de mai multe ori. Acum, aluminiul este uneori folosit la fabricarea de bijuterii.

Fabricarea sticlei

Fluorul, fosfatul și oxidul de aluminiu sunt utilizate în fabricarea sticlei.

industria alimentară

Aluminiul este înregistrat ca aditiv alimentar E173.

Aluminiul și compușii săi în rachete

Aluminiul și compușii săi sunt utilizați ca propulsor de înaltă performanță în propulsoarele bipropulsante și ca propulsor în propulsoarele solide. Următorii compuși de aluminiu sunt de cel mai mare interes practic ca combustibil pentru rachete:

— Aluminiu: combustibil din combustibilii pentru rachete. Se foloseste sub forma de pulbere si suspensii in hidrocarburi etc.
— Hidrură de aluminiu
- boran de aluminiu
- Trimetilaluminiu
- Trietilaluminiu
- Tripropilaluminiu

Caracteristicile teoretice ale combustibililor formați din hidrură de aluminiu cu diverși oxidanți.

Aluminiul în cultura mondială

Poetul Andrei Voznesensky a scris poezia „Toamna” în 1959, în care a folosit aluminiul ca imagine artistică:
... Și în afara ferestrei în bruma tânără
câmpurile de aluminiu se află...

Viktor Tsoi a scris piesa „Aluminium Cucumbers” cu refrenul:
Plantarea castraveților de aluminiu
Pe un câmp de pânză
Plantez castraveți de aluminiu
Pe un câmp de pânză

Toxicitate

Are un efect ușor toxic, dar mulți compuși anorganici de aluminiu solubili în apă rămân în stare dizolvată. perioadă lungă de timpși poate avea efecte dăunătoare asupra oamenilor și animalelor cu sânge cald prin apă potabilă. Cele mai toxice sunt clorurile, nitrații, acetații, sulfații etc. Pentru om, următoarele doze de compuși ai aluminiului (mg/kg greutate corporală) au efect toxic la ingerare: acetat de aluminiu - 0,2-0,4; hidroxid de aluminiu - 3,7-7,3; aluminiu alaun - 2,9. Acţionează în primul rând asupra sistem nervos(se acumulează în țesutul nervos, ducând la tulburări severe ale funcției sistemului nervos central). Cu toate acestea, proprietatea neurotoxică a aluminiului a fost studiată încă de la mijlocul anilor 1960, deoarece acumularea metalului în corpul uman este împiedicată de mecanismul excreției acestuia. În condiții normale, până la 15 mg dintr-un element pe zi pot fi excretate prin urină. În consecință, cel mai mare efect negativ se observă la persoanele cu funcție excretorie renală afectată.

Informații suplimentare

- hidroxid de aluminiu
— Enciclopedie despre aluminiu
– Compuși de aluminiu
— Institutul Internațional al Aluminiului

Aluminiu, Al (13)

Lianții care conțin aluminiu sunt cunoscuți din cele mai vechi timpuri. Totuși, sub alaun (latină Alumen sau Alumin, german Alaun), despre care este menționat, în special, Pliniu, în antichitate și în Evul Mediu s-au înțeles diferite substanțe. În Dicționarul Alchimic al lui Roeland, cuvântul Alumen, cu adăugarea de diferite definiții, este dat în 34 de sensuri. În special, a însemnat antimoniu, Alumen alafuri - sare alcalină, Alumen Alcori - nitru sau alaun alcalin, Alumen creptum - tartru (tartru) de vin bun, Alumen fascioli - alcali, Alumen odig - amoniac, Alumen scoriole - gips etc. , autorul cunoscutului „Dicționar de produse simple de farmacie” (1716), oferă și o listă mare de soiuri de alaun.

Până în secolul al XVIII-lea compușii de aluminiu (alaun și oxid) nu au putut fi distinși de alții similari în aspect conexiuni. Lemery descrie alaunul astfel: „În 1754 r. Marggraf a separat din soluția de alaun (prin acțiunea alcalinei) un precipitat de oxid de aluminiu, pe care l-a numit „pământ aluminos” (Alaunerde), și a stabilit diferența acestuia față de alte meleaguri. Curând pământul de alaun a fost numit alumină (Alumină sau Alumină). În 1782, Lavoisier a sugerat că alumina este un oxid al unui element necunoscut. În „Tabelul corpurilor simple” Lavoisier a plasat alumina printre „corpurile simple, formatoare de sare, pământești”. Sinonime pentru denumirea de alumină sunt date și aici: argile, alum. pământ, bază de alaun. Cuvântul argyla sau argilla, după cum subliniază Lemery în dicționarul său, provine din greacă. argilă de ceramică. Dalton în a lui sistem nou of Chemical Philosophy” dă un semn special pentru alumină și oferă o formulă structurală complexă (!) pentru alaun.

După descoperirea metalelor alcaline prin intermediul electricității galvanice, Davy și Berzelius au încercat fără succes să izoleze metalul aluminiu de alumină în același mod. Abia în 1825 problema a fost rezolvată de fizicianul danez Oersted prin mijloace chimice. El a trecut clorul printr-un amestec fierbinte de alumină și cărbune, iar clorura de aluminiu anhidră rezultată a fost încălzită cu amalgam de potasiu. După evaporarea mercurului, scrie Oersted, s-a obţinut un metal, asemănător ca aspect cu staniul. În cele din urmă, în 1827, Wehler a izolat mai mult aluminiul metalic mod eficient- încălzirea clorurii de aluminiu anhidru cu potasiu metal.

În jurul anului 1807, Davy, care încerca să efectueze electroliza aluminei, a dat numele metalului presupus în ea, aluminiu (Alumium) sau aluminiu (Aluminium). Numele de familie s-a obișnuit de atunci în SUA, în timp ce în Anglia și alte țări a fost adoptat denumirea de aluminiu (Aluminium), care a fost propusă ulterior de același Davy. Este destul de clar că toate aceste nume provin din cuvântul latin alum (Alumen), despre originea căruia există opinii diferite, bazate pe dovezile diverșilor autori, începând din antichitate.

A. M. Vasiliev, observând originea neclară a acestui cuvânt, citează opinia unui anume Isidor (evident Isidor de Sevilla, episcop care a trăit în anii 560 - 636, encicloped care s-a angajat, în special, în studii etimologice): „Alumen este numit lumen, deci modul în care oferă lumen (lumină, luminozitate) vopselelor atunci când este adăugat la vopsire. Cu toate acestea, această explicație, deși foarte veche, nu dovedește că cuvântul alumen are tocmai astfel de origini. Doar o tautologie aleatorie este destul de posibilă aici. Lemery (1716) subliniază, la rândul său, că cuvântul alumen este legat de grecescul (halmi) care înseamnă salinitate, saramură, saramură etc.

Denumirile rusești ale aluminiului în primele decenii ale secolului al XIX-lea. destul de variat. Fiecare dintre autorii cărților de chimie din această perioadă, evident, a căutat să-și ofere propriul nume. Deci, Zakharov numește alumină de aluminiu (1810), Giese - aluminiu (1813), Strahov - alaun (1825), Iovsky - conținut de argilă, Shcheglov - alumină (1830). În magazinul Dvigubsky (1822-1830), alumina este numită alumină, alumină, alumină (de exemplu, alumină cu acid fosforic), iar metalul se numește aluminiu și aluminiu (1824). Hess în prima ediție a The Foundations of Pure Chemistry (1831) folosește denumirea de alumină (aluminiu), iar în cea de-a cincea ediție (1840) - argile. Cu toate acestea, el formează denumirile pentru săruri pe baza termenului de alumină, de exemplu, sulfat de alumină. Mendeleev în prima ediție a Fundamentals of Chemistry (1871) folosește denumirile de aluminiu și argilă.În edițiile ulterioare, cuvântul argilă nu se mai regăsește.

Aluminiul este metalul cu cel mai mare conținut din natură dintre toate cele cunoscute. Începutul tardiv al utilizării sale se datorează faptului că, având o activitate chimică ridicată, se găsește în scoarța terestră doar ca parte a diferiților compuși chimici. Recuperarea metalului pur este asociată cu o serie de dificultăți, care au devenit posibile de depășit numai odată cu dezvoltarea tehnologiilor de exploatare a metalelor.

Aluminiul pur este un metal alb-argintiu moale, maleabil. Acesta este unul dintre cele mai ușoare metale, care, în plus, se pretează bine la o varietate de prelucrare, ștanțare, laminare, turnare. În aer liber, este acoperit aproape instantaneu cu o peliculă de oxid subțire și durabilă, care contracarează oxidarea ulterioară.

Proprietățile mecanice ale aluminiului, cum ar fi moliciunea, flexibilitatea pentru ștanțare, ușurința de prelucrare, au fost utilizate pe scară largă în multe industrii. Mai ales des, aluminiul este utilizat în aliaje cu alte metale.

Proprietățile fizice și chimice ale aliajelor de aluminiu au condus la utilizarea lor pe scară largă ca materiale structurale care reduc greutatea totală a structurii fără a compromite proprietățile de rezistență.

Proprietăți fizice

Aluminiul nu are proprietăți fizice unice, dar combinația lor face ca metalul să fie unul dintre cele mai căutate.

Duritatea aluminiului pur pe scara Mohs este de trei, care este semnificativ mai mică decât cea a majorității metalelor. Acest fapt este practic singurul obstacol în calea utilizării metalului pur.

Dacă luați în considerare cu atenție tabelul cu proprietățile fizice ale aluminiului, puteți evidenția astfel de calități precum:

• Densitate redusă (2,7 g/cm3);
• Plasticitate ridicată;
• Rezistivitate electrică scăzută (0,027 Ohm mm 2 /m);
• Conductivitate termică ridicată (203,5 W/(m K));
• Reflexivitate ridicată a luminii;
• Punct de topire scăzut (660°C).

Asemenea proprietăți fizice ale aluminiului, cum ar fi ductilitatea ridicată, temperatura scazuta topirea, calitățile excelente de turnare, permit utilizarea acestui metal în forma sa pură și în compoziția aliajelor pe baza acestuia pentru producerea de produse de orice configurație cea mai complexă.

În același timp, este unul dintre puținele metale a căror fragilitate nu crește atunci când este răcit la temperaturi foarte scăzute. Această proprietate a determinat unul dintre domeniile de aplicare în elementele structurale ale tehnologiei și echipamentelor criogenice.

Aliajele pe bază de aluminiu au o rezistență semnificativ mai mare, comparabilă cu rezistența unor tipuri de oțel. Cele mai răspândite sunt aliajele cu adaos de magneziu, cupru și mangan - aliaje de duraluminiu și cu adaos de siliciu - silumini. Primul grup se distinge prin rezistență ridicată, iar ultimul printr-una dintre cele mai bune calități de turnare.

Temperatura scăzută de topire reduce costurile de producție și costul proceselor tehnologice în producția de materiale structurale pe bază de aluminiu și aliajele acestuia.

Pentru fabricarea oglinzilor se folosesc calități precum un coeficient de reflexie ridicat comparabil cu cel al argintului, ușurința și fabricabilitatea depunerii în vid a foliilor de aluminiu pe diferite suprafețe de sprijin (plastic, metal, sticlă).

La topirea aluminiului și turnarea Atentie speciala se referă la capacitatea topiturii de a absorbi hidrogenul. Neavând efect asupra nivelului chimic, hidrogenul contribuie la scăderea densității și rezistenței datorită formării porilor microscopici în timpul solidificării topiturii.

Datorită densității reduse și rezistenței electrice scăzute (puțin mai mare decât cuprul), firele de aluminiu pur sunt utilizate în principal în transportul energiei electrice în liniile electrice, întreaga gamă de curenți și tensiuni în electrotehnică, ca alternativă la puterea și înfășurarea din cupru. fire. Rezistența cuprului este oarecum mai mică, așa că firele de aluminiu trebuie utilizate cu o secțiune transversală mai mare, dar masa finală a produsului și costul acestuia sunt de câteva ori mai mici. Singura limitare este rezistența puțin mai mică a aluminiului și rezistența ridicată la lipire datorită peliculei de oxid de pe suprafață. Un rol important îl joacă prezența unui potențial electrochimic puternic în contact cu un metal precum cuprul. Ca rezultat, la locul contactului mecanic dintre cupru și aluminiu se formează o peliculă puternică de oxid cu rezistență electrică ridicată. Acest fenomen duce la încălzirea joncțiunii până la topirea conductorilor. Există restricții și recomandări stricte pentru utilizarea aluminiului în inginerie electrică.

Ductilitatea ridicată face posibilă producerea unei folii subțiri, care este utilizată în producția de condensatoare de mare capacitate.

Ușurința aluminiului și aliajele sale au devenit fundamentale atunci când sunt utilizate în industria aerospațială la fabricarea majorității elementelor structurale aeronavelor: de la structuri portante la elemente de piele, carcase pentru instrumente și echipamente.

Proprietăți chimice

Fiind un metal destul de reactiv, aluminiul rezistă activ la coroziune. Acest lucru se datorează formării unei pelicule de oxid foarte puternice pe suprafața sa exterioară sub acțiunea oxigenului.

O peliculă puternică de oxid protejează bine suprafața chiar și de acizi puternici precum nitric și sulfuric. Această calitate a găsit distribuție în chimie și industrie pentru transportul acidului azotic concentrat.

Filmul poate fi distrus cu acid azotic foarte diluat, alcalii atunci când este încălzit sau în contact cu mercur, când se formează un amalgam la suprafață. În aceste cazuri, pelicula de oxid nu este un factor de protecție, iar aluminiul interacționează activ cu acizi, alcalii și agenți de oxidare. De asemenea, pelicula de oxid este ușor distrusă în prezența halogenilor (clor, brom). Astfel, acidul clorhidric HCI interacționează bine cu aluminiul în orice condiții.

Proprietățile chimice ale aluminiului depind de puritatea metalului. Utilizarea compoziției aditivilor de aliere ai unor metale, în special manganul, face posibilă creșterea rezistenței filmului de protecție, crescând astfel rezistența la coroziune a aluminiului. Unele metale, de exemplu, nichelul și fierul, contribuie la scăderea rezistenței la coroziune, dar cresc rezistența la căldură a aliajelor.

Filmul de oxid de pe suprafața produselor din aluminiu joacă un rol negativ în timpul sudării. Oxidarea instantanee a bazinului de metal topit în timpul sudării nu permite formarea unei suduri, deoarece alumina are un temperatura ridicata topire. Pentru sudarea aluminiului se folosesc mașini speciale de sudură cu electrod neconsumabil (tungsten). Procesul în sine se desfășoară într-un mediu de gaz inert - argon. În absența procesului de oxidare, cusătura de sudură este puternică, monolitică. Unii aditivi de aliere din aliaje îmbunătățesc și mai mult proprietățile de sudare ale aluminiului.

Aluminiul pur practic nu formează compuși toxici, prin urmare este utilizat în mod activ în industria alimentară în producția de ustensile de bucătărie, ambalaje pentru alimente și recipiente pentru băuturi. Doar unii compuși anorganici pot avea un efect negativ. De asemenea, studiile au stabilit că aluminiul nu este folosit în metabolismul ființelor vii, rolul său în viață este neglijabil.