ПОЗНАВАТЕЛЬНОЕ

Оси и плоскости тела человека - Тело человека состоит из определенных топографических частей и участков, в которых расположены органы, мышцы, сосуды, нервы и т.д.

Отёска стен и прирубка косяков - Когда на доме не достаёт окон и дверей, красивое высокое крыльцо ещё только в воображении, приходится подниматься с улицы в дом по трапу.

Дифференциальные уравнения второго порядка (модель рынка с прогнозируемыми ценами) - В простых моделях рынка спрос и предложение обычно полагают зависящими только от текущей цены на товар.

Хімічні властивості та добування алюмінію.

План

1. Положення Алюмінію в періодичній системі.

2. Фізичні властивості алюмінію та поширення в природі.

3. Хімічні властивості та добування алюмінію.

4. Застосування алюмінію.

Положення Алюмінію в періодичній системі.

Алюміній — металічний елемент головної підгрупи ІІІ групи 3 періоду періодичної системи хімічних елементів, його атомний номер 13. В природі існує єдиний стабільний ізотоп ²⁷Al. Третій елемент за вмістом у земній корі і найпоширеніший метал.

Електронна формула алюмінію:

1s²2s²2p⁶3s²3p¹

Алюміній має кубічну кристалічну ґратку.

На зовнішньому енергетичному рівні знаходиться три валентних електрони, тому в хімічних сполуках алюміній зазвичай трьохвалентий. Менш характерні ступені окиснення +1 і +2, вони можливі тільки при температурі вище 800°C в газовій фазі.

При хімічних взаємодіях у збудженому стані він здатен утворювати три ковалентних зв’язки або повністю віддавати свої три електрони, проявляючи у своїх сполуках ступінь окиснення +3. Отже, Алюміній є активним відновником.

Фізичні властивості алюмінію та поширення в природі.

Проста речовина алюміній — блискучий сріблясто-білий метал. Він має високу здатність відбивати світлові та теплові промені, а також високі тепло- та електропровідність. Це досить легкий і пластичний метал, легко піддається механічній обробці.

При нагріванні алюмінію і переході його з твердого стану в рідкий у нього різко зменшується теплопровідність, а далі з ростом температури (1000°C) вона збільшується.

Провідність алюмінію сильно залежить від його чистоти, причому вплив різних домішок залежить не тільки від концентрації цієї домішки, а й від того чи вона знаходиться в твердому розчині чи поза ним. Найбільш сильно підвищують опір алюмінію домішки хрому, літію, мангану, магнію, титану і ванадію.

Температура плавлення алюмінію дуже чутлива до чистоти металу і для високочистого алюмінію (99,996%) становить 660,3°C, а температура початку кристалізації алюмінію дорівнює 660,37 °C і використовується протягом десятків років для калібрування термопар. Підвищення зовнішнього тиску збільшує температуру плавлення алюмінію, і вона досягає 700°C при тиску близько 100 МПа.

Температура кипіння алюмінію становить приблизно 2452°C.

Алюміній по поширеності займає третє місце серед інших елементів. Масова частка Алюмінію в земній корі становить 8,5%. Його вміст в літосфері згідно з А. П. Виноградовим 8,05%. Глобальні запаси алюмінію на Землі (в межах ноосфери) становлять 1,2·109 т (2000 р.), термін їх вичерпання за прогнозами Римського клубу — 55 років.

В природі зустрічається винятково у вигляді сполук, входить до складу 270 мінералів. Найбільш розповсюдженими з них є подвійні силікати (польові шпати, слюди) і продукти їх вивітрювання — глини. З подвійних силікатів найважливіші:

· калієвий польовий шпат або ортоклаз K[AlSi₃O₈],

· натрієвий польовий шпат або альбіт Na[AlSi₃O₈],

· кальцієвий польовий шпат або анортит Ca[Al₂Si₂O₈],

· плагіоклаз;

· слюди: біотит, мусковіт.

Близькі до польових шпатів нефелін Na[AlSiO₄] і лейцит K[AlSi₂O₆]. Відомі подвійні силікати кальцію і алюмінію. Силікат алюмінію Al₂SiO₅ зустрічається у вигляді мінералів: кіаніту, силіманіту і андалузиту.

З алюмосилікатів, що містять флуор можна відмітити топаз Al₂(OH, F)₂[SiO₄].

Промислово важливою алюмінієвою рудою є боксит Al₂O₃·nН₂О.

Алюміній входить до складу мінералу корунду, який є кристалічним алюміній оксидом Al₂O₃. Різні домішки здатні надавати корундові різних кольорів: зеленого, жовтого, жовтогарячого, фіолетового та інших кольорів й відтінків. Його синій різновид називають сапфіром, а червоний — рубіном. І рубіни, і сапфіри є коштовними каменями.

Хімічні властивості та добування алюмінію.

Хімічно алюміній дуже активний. На повітрі він швидко окиснюється і вкривається тонкою плівкою оксиду алюмінію. Оксидна плівка є досить міцною й зумовлює корозійну стійкість алюмінію. При нагріванні на повітрі чи в кисні алюміній згоряє, утворюючи також алюміній оксид:

4Al + 3O₂ = 2Al₂O₃

Алюміній активно реагує з іншими неметалами. За звичайних умов він взаємодіє з хлором і бромом, утворюючи солі, наприклад, алюміній хлорид:

2Al + 3Сl₂ = 2AlСl₃

Реакція алюмінію з йодом відбувається, якщо до суміші алюмінієвого порошку з йодом додати кілька крапель води, яка виконує роль каталізатора:

2Al + 3I₂ = 2AlІ₃

При нагріванні алюміній реагує з сіркою, азотом, вуглецем:

2Al + 3S = Al₂S₃

У звичайному стані алюміній покритий захисною оксидною плівкою і є стійким до дії води навіть при нагріванні. Якщо плівка алюміній оксиду буде зруйнована, то алюміній буде активно реагувати з водою з виділенням газуватого водню:

2Al + 6Н₂О = 2Al(ОН)₃↓ + 3Н₂↑.

Алюміній реагує з розчинами кислот з утворенням солей і водню:

2Al + 6НСl= 2AlCl₃ + 3Н₂↑.

Концентровані сульфатна і нітратна кислоти роблять пасивним алюміній, тобто збільшують міцність оксидної плівки. Таким чином, алюміній з ними не реагує.

Оксидна плівка легко розчиняється в лугах і алюміній реагує з розчинами лугів з виділенням водню:

2Al + 2NaOH + 6Н₂O = 2Na[Al(OH)₄] + 3Н₂↑.

Алюміній відновлює метали з їхніх оксидів при нагріванні (алюмінотермія):

Fe₂O₃ + 2Al = 2Fe + Al₂O₃.

Добування. Алюміній добувають шляхом електролізу глинозему розчиненого в розплавленому кріоліті Na₃[AlF₆].

Промисловий комплекс з отримання алюмінію включає виробництво глинозему з алюмінієвих руд, кріоліту та інших фторидів, вуглецевих анодних матеріалів, і власне електролітичне отримання алюмінію.

Електроліз проводять в апаратах катодом в яких служить дно ванни, анодом — попередньо обпалені вугільні блоки або самообпалюючі електроди, поміщені в розплавлений електроліт. У розплаві відбуваються такі реакції:

Na₃[AlF₆] ↔ 3Na⁺ + 2F⁻ + AlF⁻⁴

AlF⁻⁴ ↔ F⁻ + AlF₃

AlF₃ ↔ F⁻ + AlF⁺²

AlF⁺² ↔ F⁻ + AlF²⁺

AlF²⁺ ↔ F⁻ + Al³⁺

Al₂O₃ ↔ AlO⁺ + AlO⁻², AlO⁻² ↔ Al³⁺ + 2O²⁻

AlO⁺ ↔ Al³⁺ + O²⁻, Al³⁺ + 3e → Al

2O²⁻ ‒ 4e → O₂

Розплавлений алюміній при температурі електролізу важчий, ніж електроліт, тому накопичується на дні ванни. На аноді виділяється O₂, який взаємодіє з вуглецем анода, який вигорає, утворюючи СО та СО₂.

Застосування алюмінію.

Широке застосування алюмінію зумовлене його властивостями. Поєднання легкості з достатньо високою електропровідністю дозволяє застосовувати алюміній як провідник електричного струму. Алюміній і його сплави використовують практично у всіх галузях сучасної техніки: в авіаційній й автомобільній промисловості, залізничному і водному транспорті, машинобудуванні. Завдяки високій корозійній стійкості алюміній широко застосовують при виготовленні апаратури для виробництва харчових продуктів та деяких хімічних речовин. З полірованого алюмінію виготовляють дзеркала та поверхні нагрівальних і освітлювальних рефлекторів. Алюміній використовують як розкисник сталей та інших сплавів. Ним відновлюють метали з їхніх оксидів.

Завдяки таким властивостям, як мала густина, висока тепло- і електропровідність, висока пластичність і корозійна стійкість, достатньо високі міцністні властивості (особливо в сплавах) і багатьом іншим цінним якостям, алюміній отримав винятково широке розповсюдження в різноманітних галузях сучасної техніки і відіграє найважливішу роль серед кольорових металів. Його широкому розповсюдженню сприяє найнижча вартість серед всіх кольорових металів

Чистий алюміній застосовується у виробництві фольги, яка широко використовується для виробництва електролітичних конденсаторів і пакувальних матеріалів для харчових продуктів. Завдяки дешевизні і високій провідності, меншій густині алюміній майже повністю витіснив мідь з виробництва провідникової продукції (дроти, кабелі, шинопроводи). Також алюміній застосовують у виготовленні корпусів і охолоджувачів діодів, спеціальної хімічної апаратури.

Покриття з алюмінію наносять на стальні вироби для підвищення їх корозійної стійкості. Способи нанесення:

· розпилення (для захисту стальних виробів, що експлуатуються в приморських зонах, на хімічних підприємствах);

· занурення в розплав (для отримання алюмінованих стальних стрічок);

· плакіювання прокатуванням (біметалічні стрічки);

· вакуумне напилення (для алюмінування стрічок зі сталі, тканин, паперу і пластмас, інструментальних дзеркал);

· електрохімічний спосіб (для отримання матеріалів і виробів з захисно-декоративними властивостями).