Введение.

Около 100 лет назад Николай Гаврилович Чернышевский, сказал об алюминии, что этому металлу суждено великое будущее, что алюминий – металл социализма. Он оказался провидцем: в XX в. элемент №13 алюминий стал основой многих конструкционных материалов. Элемент 3-го периода и IIIА-группы Периодической системы. Элект­ронная формула атома [10Ne]3S23p1 степени окисления +III и 0.

По электроотрицательности (1,47) одинаков с берил­лием, проявляет амфотерные (кислотные и основ­ные) свойства. В соединениях может находиться в составе катионов и анионов. В природе — четвертый по химической распрост­раненности элемент (первый среди металлов), нахо­дится в химически связанном состоянии. Входит в состав многих алюмосиликатных минералов, гор­ных пород (граниты, порфиры, базальты, гнейсы, сланцы), различных глин (белая глина называется каолин), бокситов и глинозёма Аl2О3.

Любопытно проследить динамику производства алюминия за полтора столетия, прошедших с тех пор, как человек впервые взял в руки кусочек легкого серебристого металла.

За первые 30 лет, с 1825 по 1855 г., точных цифр нет. Промышленных способов получения алюминия не существовало, в лабораториях же его получали в лучшем случае килограммами, а скорее – граммами. Когда в 1855 г. на Всемирной парижской выставке впервые был выставлен алюминиевый слиток, на него смотрели как на редчайшую драгоценность. А появился он на выставке потому, что как раз в 1855 г. французский химик Анри Этьенн Сент-Клер Девиль разработал первый промышленный способ получения алюминия, основанный на вытеснении элемента №13 металлическим натрием из двойного хлорида натрия и алюминия NaCl · AlCl3.

За 36 лет, с 1855 по 1890 г., способом Сент-Клер Девиля было получено 200 т металлического алюминия.

В последнее десятилетие XIX в (уже по новому способу) в мире получили 28 тыс. т алюминия.

В 1930 г. мировая выплавка этого металла составила 300 тыс. т.

В 1975 г. только в капиталистических странах получено около 10 млн. т алюминия, причем эти цифры – не наивысшие. По сведениям американского «Инжениринг энд майнинг джорнэл», производство алюминия в капиталистических странах в 1975 г. снизилось по сравнению с 1974 г. на 11%, или на 1,4 млн. т .

Столь же поразительны перемены и в стоимости алюминия. В 1825 г. он стоил в 1500 раз дороже железа, в наши дни – лишь втрое. Сегодня алюминий дороже простой углеродистой стали, но дешевле нержавеющей. Если рассчитывать стоимость алюминиевых и стальных изделий с учетом их массы и относительной устойчивости к коррозии, то оказывается, что в наши дни во многих случаях значительно выгоднее применять алюминий, чем сталь.


Физические свойства Аl

Серебристо-белый, блестящий, пластичный металл. На воздухе покрывается матовой защитной пленкой Аl2О3, весьма устойчивой и защищающей металл от коррозии; пассивируется в концентрированной HNO3.

Физические константы:

М, = 26,98227, р = 2,70 г/см3

tпл 660,37 °С, tкип=2500°С

Химические свойства Al

Химически активен, проявляет амфотерные свой­ства - реагирует с кислотами и щелочами:

2Аl + 6НСl = 2АlСl3 + ЗН2

l + 2NaOH + 6Н2О = 2Na[Al(OH)4]] + ЗН2

2Al + 6NaOH(т) = 2NaAlO2+ + ЗН2 + 2Na2O

Амальгамированный алюминий энергично реаги­рует с водой:

2Al + 6Н2О = 2Аl(ОН)3 + 3H2 + 836 кДж

Сильный восстановитель, при нагревании взаимодей­ствует с кислородом, серой, азотом и углеродом:

4Аl+3O2=2Аl2O3, 2Al+3S=Al2S3

2Al+N2=2AlN, 4Аl+ЗС=Аl4Сз

С хлором, бромом и йодом реакция протекает при комнатной температуре (для иода требуется ката­лизатор — капля Н2О), образуются галогениды AlCl3, АlВг3 и АlI3.

Промышленно важен метод алюминотермии:

2Al + Сг2О3 = Аl2O3 + 2Сг

10Аl + ЗV2О5 = 5Аl2O3 + 6V

Алюминий восстанавливает Nv до N-III:

8Аl + З0НNО3(оч. разб.) = 8Аl(NО3)3 + 3NH4NO3 + 9H2O

8Al + 18Н2O + 5КОН + 3KNO3 =8K[Al(OH)4]+3NH3

(движущей силой этих реакций служит промежу­точное выделение атомарного водорода Н°, а во вто­рой реакции — также и образование устойчивого гидроксокомплекса [Аl(ОН)4]3-).

Получение и применение Al

Получение Al в промышленности — электролиз Аl2О3 в расплаве криолита Na3[АlF6] при 950 °С:


Применяется как реагент в алюминотермии для полу­чения редких металлов и сварке стальных конструкций

Алюминий — важнейший конструкционный материал, основа легких коррозионно-стойких спла­вов (с магнием - дюралюмин, или дюраль, с медью --алюминиевая бронза, из которой чеканят мелкую разменную монету). Чистый алюминий в больших количествах идет на изготовление посуды и электри­ческих проводов.



Оксид алюминия Al2O3

Белый аморфный порошок или очень твердые белые кристаллы. Физические константы:

Мr = 101,96102, р = 3,97 г/см3 tпл=2053°С, tкип=3000°С

Кристаллический Аl2О3 химически пассивен, аморфный — более активен. Медленно реагирует с кислотами и щелочами в растворе, проявляя амфотерные свойства:

Al2O3 + 6НСl(конц.) = 2АlСl3 + ЗН2О

Al2O3 + 2NаОН(конц.) + ЗН2О = 2Na[Al(OH)4]

(в расплаве щелочи образуется NaAlO2). Вторая реак­ция используется для «вскрытия» бокситов.

Помимо сырья для производства алюминия, Аl2О3 в виде порошка служит компонентом огнеупорных, химически стойких и абразивных материалов. В виде кристаллов применяется для изготовления лазеров и синтетических драгоценных камней ( рубины, сапфиры и др.), окрашенных примесями оксидов других металлов — Сr2О3 (красный цвет), Тi2О3 и Fe2О3 (голубой цвет).

Гидроксид алюминия Аl(ОН)з

Белый аморфный (гелеобразный) или кристалли­ческий. Практически не растворим в воде. Физи­ческие константы:

Мr=78,00, р= 3,97 г/см3,

t разл > 170 °С

При нагревании ступенчато разлагается, образуя промежуточный продукт — метагидроксид AlO(OH):


Проявляет амфотерные, равно выраженные кислот­ные и основные свойства:


При сплавлении с NaOH образуется NaAlO;.

Для получения осадка Аl(ОН)3 щелочь обычно не используют (из-за легкости перехода осадка в раствор), а действуют на соли алюминия гидратом аммиака;

при комнатной температуре образуется Аl(ОН)3, а при кипячении — менее активный АlO(ОН):


Удобный способ получения Аl(ОН)3 — пропуска­ние СО2 через раствор гидроксокомплекса:

[Аl(ОН)4]- + СО2 = Аl(ОН)3+ НСО3-

Применяется для синтеза солей алюминия, органи­ческих красителей; как лекарственный препарат при повышенной кислотности желудочного сока.

Соли алюминия

Соли алюминия и сильных кислот хорошо раство­римы в воде и подвергаются в значительной степени гидролизу по катиону, создавая сильнокислотную среду, в которой растворяются такие металлы, как магний и цинк:

а)AlCl3=Alз+Cl-

Al3++H2OAlOH2++H+

б)Zn+2H+=Zn2++H2

Нерастворимы в воде фторид AlF3 и ортофосфат АlРO4, а соли очень слабых кислот, например Н2СОз, вообще не образуются осаждением из вод­ного раствора.

Известны двойные соли алюминия — квасцы состава MIAl(SO4)2 • 12H2O ( MI=Na+, K+, Rb+, Cs+, ТI+ ,NH4+), самые распространенные из них алюмокалиевые квасцы KAl(SO4)2 • 12Н2O.

Бинарные соединения алюминия

Соединения с преимущественно ковалентными связями, например сульфид АlS3 и карбид АlС3.

Полностью разлагаются водой:

Al2S3 + 6Н2О = 2Аl(ОН)3 + ЗН2S

Аl4С3 + 12H2O = 4Аl(ОН)3+ ЗСН4

Применяются эти соединения как источники чис­тых газов — Н2S и СН4.


Проценты, проценты...

8,80% массы земной коры составлены алюминием – третьим по распространенности на нашей планете элементом. Мировое производство алюминия постоянно растет. Сейчас оно составляет около 2% от производства стали, если считать по массе. А если по объему, то 5...6%, поскольку алюминий почти втрое легче стали. Алюминий уверенно оттеснил на третье и последующие места медь и все другие цветные металлы, стал вторым по важности металлом продолжающегося железного века. По прогнозам, к концу нынешнего столетия доля алюминия в общем выпуске металлов должна достигнуть 4...5% по массе.

Причин тому множество, главные из них – распространенность алюминия, с одной стороны, и великолепный комплекс свойств – легкость, пластичность, коррозионная стойкость, электропроводность, универсальность в полном смысле этого слова – с другой.

Алюминий поздно пришел в технику потому, что в природных соединениях он прочно связан с другими элементами, прежде всего с кислородом и через кислород с кремнием, и для разрушения этих соединений, высвобождения из них легкого серебристого металла нужно затратить много сил и энергии.

Первый металлический алюминий в 1825 г. получил известный датский физик Ганс Христиан Эрстед, известный в первую очередь своими работами по электромагнетизму. Эрстед пропускал хлор через раскаленную смесь глинозема (окись алюминия Аl2О3) с углем и полученный безводный хлористый алюминий нагревал с амальгамой калия. Затем, как это делал еще Дэви, которому, кстати, попытка получить алюминий электролизом глинозема не удалась, амальгаму разлагались нагреванием, ртуть испарялась, и – алюминий явился на свет.

В 1827 г. Фридрих Вёлер получил алюминий иначе, вытеснив его из того же хлорида металлическим калием. Первый промышленный способ получения алюминия, как уже упоминалось, был разработан лишь в 1855 г., а технически важным металлом алюминий стал лишь на рубеже XIX...XX вв. Почему?

Самоочевидно, что далеко не всякое природное соединение алюминия можно рассматривать как алюминиевую руду. В середине и даже в конце XIX в. в русской химической литературе алюминий часто называли глинием, его окись до сих пор называют глиноземом. В этих терминах – прямое указание на присутствие элемента №13 в повсеместно распространенной глине. Но глина – достаточно сложный конгломерат трех окислен – глинозема, кремнезема и воды (плюс разные добавки); выделить из нее глинозем можно, но сделать это намного труднее, чем получить ту же окись алюминия из достаточно распространенной, обычно красно-бурого цвета горной породы, получившей свое название в честь местности Ле-Бо на юге Франции.


Случайные файлы

Файл
182788.rtf
57344.rtf
18559-1.rtf
16880.rtf
8388-1.rtf




Чтобы не видеть здесь видео-рекламу достаточно стать зарегистрированным пользователем.
Чтобы не видеть никакую рекламу на сайте, нужно стать VIP-пользователем.
Это можно сделать совершенно бесплатно. Читайте подробности тут.