Tabia za kemikali za meza ya alumini. Muundo wa atomi ya alumini
Kila kipengele cha kemikali kinaweza kuzingatiwa kutoka kwa mtazamo wa sayansi tatu: fizikia, kemia na biolojia. Na katika makala hii tutajaribu kuashiria alumini kwa usahihi iwezekanavyo. Hii ni kipengele cha kemikali ambacho kiko katika kundi la tatu na kipindi cha tatu, kulingana na meza ya mara kwa mara. Alumini ni chuma ambacho kina shughuli za kemikali za kati. Pia katika misombo yake, mali ya amphoteric inaweza kuzingatiwa. Uzito wa atomiki ya alumini ni gramu ishirini na sita kwa mole.
Tabia ya kimwili ya alumini
Katika hali ya kawaida, ni imara. Fomu ya alumini ni rahisi sana. Inajumuisha atomi (usiunganishe katika molekuli), ambayo hujengwa kwa msaada wa kioo cha kioo kwenye dutu inayoendelea. Alumini rangi - fedha-nyeupe. Kwa kuongeza, ina luster ya metali, kama vitu vingine vyote vya kundi hili. Rangi ya alumini kutumika katika sekta inaweza kutofautiana kutokana na kuwepo kwa uchafu katika alloy. Ni chuma nyepesi kabisa.
Uzito wake ni 2.7 g / cm3, yaani, ni takriban mara tatu nyepesi kuliko chuma. Katika hili, inaweza tu mavuno kwa magnesiamu, ambayo ni nyepesi hata kuliko chuma katika swali. Ugumu wa alumini ni mdogo sana. Ndani yake, ni duni kwa metali nyingi. Ugumu wa alumini ni mbili tu.Kwa hiyo, ili kuimarisha, ngumu zaidi huongezwa kwa aloi kulingana na chuma hiki.
Kuyeyuka kwa alumini hutokea kwa joto la nyuzi 660 tu. Na huchemka ikipashwa joto hadi nyuzi joto elfu mbili mia nne hamsini na mbili. Ni chuma chenye ductile na fusible sana. Tabia za kimwili za alumini haziishii hapo. Ningependa pia kutambua kwamba chuma hiki kina conductivity bora ya umeme baada ya shaba na fedha.
Kuenea kwa asili
Alumini, sifa za kiufundi ambazo tumepitia upya, ni kawaida kabisa katika mazingira. Inaweza kuzingatiwa katika utungaji wa madini mengi. Alumini ya kipengele ni kipengele cha nne cha kawaida katika asili. Iko karibu asilimia tisa katika ukoko wa dunia. Madini kuu ambayo atomi zake zipo ni bauxite, corundum, cryolite. Ya kwanza ni mwamba, ambayo inajumuisha oksidi za chuma, silicon na chuma katika swali, na molekuli za maji pia zipo katika muundo. Ina rangi tofauti: vipande vya kijivu, nyekundu-kahawia na rangi nyingine, ambayo inategemea uwepo wa uchafu mbalimbali. Kutoka asilimia thelathini hadi sitini ya uzazi huu ni alumini, picha ambayo inaweza kuonekana hapo juu. Kwa kuongeza, corundum ni madini ya kawaida sana katika asili.
Hii ni oksidi ya alumini. Muundo wake wa kemikali ni Al2O3. Inaweza kuwa nyekundu, njano, bluu au kahawia. Ugumu wake kwenye mizani ya Mohs ni vitengo tisa. Aina za corundum ni pamoja na samafi na rubi zinazojulikana, leucosapphires, pamoja na padparadscha (sapphire ya njano).
Cryolite ni madini ambayo ina fomula ngumu zaidi ya kemikali. Inajumuisha alumini na floridi za sodiamu - AlF3.3NaF. Inaonekana kama jiwe lisilo na rangi au kijivu na ugumu wa chini - tatu tu kwenye mizani ya Mohs. Katika ulimwengu wa kisasa, ni synthesized artificially katika maabara. Inatumika katika metallurgy.
Alumini pia inaweza kupatikana katika asili katika utungaji wa udongo, sehemu kuu ambazo ni oksidi za silicon na chuma kinachohusika, kinachohusishwa na molekuli za maji. Kwa kuongeza, kipengele hiki cha kemikali kinaweza kuzingatiwa katika muundo wa nephelines, formula ya kemikali ambayo ni kama ifuatavyo: KNa34.
Risiti
Tabia ya alumini inajumuisha kuzingatia njia za usanisi wake. Kuna mbinu kadhaa. Uzalishaji wa alumini kwa njia ya kwanza hutokea katika hatua tatu. Ya mwisho ya haya ni utaratibu wa electrolysis kwenye cathode na anode ya kaboni. Ili kutekeleza mchakato huo, oksidi ya alumini inahitajika, pamoja na vitu vya msaidizi kama vile cryolite (formula - Na3AlF6) na fluoride ya kalsiamu (CaF2). Ili mchakato wa kuoza kwa oksidi ya alumini iliyoyeyushwa katika maji kutokea, lazima iwekwe moto pamoja na kryolite iliyoyeyuka na fluoride ya kalsiamu kwa joto la angalau digrii mia tisa na hamsini, na kisha mkondo wa amperes elfu themanini na voltage ya volts tano- nane. Kwa hivyo, kama matokeo ya mchakato huu, alumini itakaa kwenye cathode, na molekuli za oksijeni zitakusanya kwenye anode, ambayo, kwa upande wake, oxidize anode na kuibadilisha kuwa dioksidi kaboni. Kabla ya kutekeleza utaratibu huu, bauxite, kwa namna ambayo oksidi ya alumini huchimbwa, husafishwa kabla ya uchafu, na pia hupitia mchakato wa kutokomeza maji mwilini.
Uzalishaji wa alumini kwa njia iliyoelezwa hapo juu ni ya kawaida sana katika metallurgy. Pia kuna njia iliyovumbuliwa mwaka wa 1827 na F. Wehler. Ipo katika ukweli kwamba alumini inaweza kuchimbwa kwa kutumia mmenyuko wa kemikali kati ya kloridi yake na potasiamu. Inawezekana kutekeleza mchakato huo tu kwa kuunda hali maalum kwa namna ya joto la juu sana na utupu. Kwa hivyo, kutoka mole moja ya kloridi na kiasi sawa cha potasiamu, mole moja ya alumini na moles tatu kama bidhaa ya ziada inaweza kupatikana. Majibu haya yanaweza kuandikwa kama mlinganyo ufuatao: АІСІ3 + 3К = АІ + 3КІ. Njia hii haijapata umaarufu mkubwa katika madini.
Tabia za alumini katika suala la kemia
Kama ilivyoelezwa hapo juu, hii ni dutu rahisi ambayo ina atomi ambazo hazijaunganishwa kuwa molekuli. Miundo inayofanana huunda karibu metali zote. Alumini ina shughuli nyingi za kemikali na sifa za kupunguza nguvu. Tabia ya kemikali ya alumini itaanza na maelezo ya athari zake na vitu vingine rahisi, na kisha mwingiliano na misombo tata ya isokaboni itaelezewa.
Alumini na vitu rahisi
Hizi ni pamoja na, kwanza kabisa, oksijeni - kiwanja cha kawaida kwenye sayari. Asilimia ishirini na moja ya angahewa ya Dunia inajumuisha. Miitikio ya dutu fulani na nyingine yoyote inaitwa oxidation, au mwako. Kawaida hutokea kwa joto la juu. Lakini katika kesi ya alumini, oxidation inawezekana chini ya hali ya kawaida - hii ndio jinsi filamu ya oksidi inavyoundwa. Ikiwa chuma hiki kinavunjwa, kitawaka, huku ikitoa kiasi kikubwa cha nishati kwa namna ya joto. Ili kutekeleza majibu kati ya alumini na oksijeni, vipengele hivi vinahitajika kwa uwiano wa molar wa 4: 3, na kusababisha sehemu mbili za oksidi.
Mwingiliano huu wa kemikali unaonyeshwa kama mlinganyo ufuatao: 4АІ + 3О2 = 2АІО3. Majibu ya alumini na halojeni pia yanawezekana, ambayo ni pamoja na fluorine, iodini, bromini na klorini. Majina ya michakato hii hutoka kwa majina ya halojeni zinazofanana: fluorination, iodini, bromination na klorini. Hizi ni athari za kawaida za kuongeza.
Kwa mfano, tunatoa mwingiliano wa alumini na klorini. Utaratibu kama huo unaweza kutokea tu wakati wa baridi.
Kwa hiyo, kuchukua moles mbili za alumini na moles tatu za klorini, tunapata kama matokeo ya moles mbili za kloridi ya chuma inayohusika. Mlinganyo wa majibu haya ni kama ifuatavyo: 2АІ + 3СІ = 2АІСІ3. Kwa njia hiyo hiyo, fluoride ya alumini, bromidi yake na iodidi inaweza kupatikana.
Pamoja na sulfuri, dutu inayohusika humenyuka tu inapokanzwa. Ili kutekeleza mwingiliano kati ya misombo hii miwili, unahitaji kuwachukua kwa uwiano wa molar wa mbili hadi tatu, na sehemu moja ya sulfidi ya alumini huundwa. Mlinganyo wa majibu una fomu ifuatayo: 2Al + 3S = Al2S3.
Kwa kuongeza, kwa joto la juu, alumini huingiliana na kaboni, kutengeneza carbudi, na kwa nitrojeni, kutengeneza nitridi. Milinganyo ifuatayo ya athari za kemikali inaweza kutajwa kama mfano: 4AI + 3C = AI4C3; 2Al + N2 = 2AlN.
Mwingiliano na vitu ngumu
Hizi ni pamoja na maji, chumvi, asidi, besi, oksidi. Pamoja na misombo hii yote ya kemikali, alumini humenyuka kwa njia tofauti. Hebu tuangalie kwa karibu kila kesi.
Mmenyuko na maji
Alumini huingiliana na dutu changamano ya kawaida zaidi Duniani inapokanzwa. Hii hutokea tu katika kesi ya kuondolewa kwa awali kwa filamu ya oksidi. Kama matokeo ya mwingiliano, hidroksidi ya amphoteric huundwa, na hidrojeni pia hutolewa angani. Kuchukua sehemu mbili za alumini na sehemu sita za maji, tunapata hidroksidi na hidrojeni kwa uwiano wa molar wa mbili hadi tatu. Mlinganyo wa mmenyuko huu umeandikwa kama ifuatavyo: 2АІ + 6Н2О = 2АІ (ОН) 3 + 3Н2.
Mwingiliano na asidi, besi na oksidi
Kama metali zingine zinazofanya kazi, alumini inaweza kuingia kwenye mmenyuko wa badala. Kwa kufanya hivyo, inaweza kuondoa hidrojeni kutoka kwa asidi au cation ya chuma cha passi zaidi kutoka kwa chumvi yake. Kama matokeo ya mwingiliano kama huo, chumvi ya alumini huundwa, na hidrojeni pia hutolewa (katika kesi ya asidi) au maji safi ya chuma (ambayo hayafanyi kazi kidogo kuliko ile inayozingatiwa). Katika kesi ya pili, mali za kurejesha ambazo zimetajwa hapo juu zinaonyeshwa. Mfano ni mwingiliano wa alumini ambayo kloridi ya alumini huundwa na hidrojeni hutolewa angani. Mwitikio wa aina hii unaonyeshwa kama mlinganyo ufuatao: 2AI + 6HCI = 2AICI3 + 3H2.
Mfano wa mwingiliano wa alumini na chumvi ni mmenyuko wake na. Kwa kuchukua vipengele hivi viwili, hatimaye tutapata shaba safi, ambayo itashuka. Pamoja na asidi kama vile sulfuriki na nitriki, alumini humenyuka kwa njia ya kipekee. Kwa mfano, wakati alumini inaongezwa kwa suluhisho la kuondokana na asidi ya nitrati katika uwiano wa molar wa sehemu nane hadi thelathini, sehemu nane za nitrati ya chuma inayohusika, sehemu tatu za oksidi ya nitriki na sehemu kumi na tano za maji huundwa. Mlinganyo wa majibu haya umeandikwa kama ifuatavyo: 8Al + 30HNO3 = 8Al(NO3)3 + 3N2O + 15H2O. Utaratibu huu hutokea tu mbele ya joto la juu.
Ikiwa tunachanganya alumini na ufumbuzi dhaifu wa asidi ya sulfate katika uwiano wa molar wa mbili hadi tatu, tunapata sulfate ya chuma katika swali na hidrojeni kwa uwiano wa moja hadi tatu. Hiyo ni, athari ya kawaida ya uingizwaji itatokea, kama ilivyo kwa asidi zingine. Kwa uwazi, tunawasilisha equation: 2Al + 3H2SO4 = Al2(SO4)3 + 3H2. Hata hivyo, kwa ufumbuzi uliojilimbikizia wa asidi sawa, kila kitu ni ngumu zaidi. Hapa, kama ilivyo katika nitrati, bidhaa hutengenezwa, lakini si kwa namna ya oksidi, lakini kwa namna ya sulfuri na maji. Ikiwa tunachukua vipengele viwili tunavyohitaji kwa uwiano wa molar wa mbili hadi nne, basi matokeo yake tunapata sehemu moja ya chumvi ya chuma katika swali na sulfuri, pamoja na nne za maji. Mwingiliano huu wa kemikali unaweza kuonyeshwa kwa kutumia mlinganyo ufuatao: 2Al + 4H2SO4 = Al2(SO4)3 + S + 4H2O.
Kwa kuongeza, alumini inaweza kuguswa na ufumbuzi wa alkali. Ili kutekeleza mwingiliano huo wa kemikali, unahitaji kuchukua moles mbili za chuma katika swali, kiasi sawa au potasiamu, pamoja na moles sita za maji. Kama matokeo, vitu kama vile sodiamu au tetrahydroxoaluminate ya potasiamu huundwa, na vile vile hidrojeni, ambayo hutolewa kama gesi yenye harufu kali katika idadi ya molar ya mbili hadi tatu. Mwitikio huu wa kemikali unaweza kuwakilishwa kama mlinganyo ufuatao: 2AI + 2KOH + 6H2O = 2K[AI(OH)4] + 3H2.
Na jambo la mwisho kuzingatia ni mifumo ya mwingiliano wa alumini na oksidi kadhaa. Kesi ya kawaida na inayotumiwa ni mmenyuko wa Beketov. Ni, kama wengine wengi waliojadiliwa hapo juu, hutokea tu kwa joto la juu. Kwa hiyo, kwa utekelezaji wake, ni muhimu kuchukua moles mbili za alumini na mole moja ya oksidi ya ferrum. Kutokana na mwingiliano wa vitu hivi viwili, tunapata oksidi ya alumini na chuma cha bure kwa kiasi cha moles moja na mbili, kwa mtiririko huo.
Matumizi ya chuma kinachohusika katika tasnia
Kumbuka kwamba matumizi ya alumini ni tukio la kawaida sana. Kwanza kabisa, sekta ya anga inaihitaji. Pamoja na hili, aloi kulingana na chuma katika swali hutumiwa pia. Tunaweza kusema kwamba ndege ya wastani ni 50% ya aloi za alumini, na injini yake ni 25%. Pia, matumizi ya alumini hufanyika katika mchakato wa utengenezaji wa waya na nyaya kutokana na conductivity yake bora ya umeme. Aidha, chuma hiki na aloi zake hutumiwa sana katika sekta ya magari. Miili ya magari, mabasi, trolleybus, baadhi ya tramu, pamoja na magari ya kawaida na ya umeme ya treni hufanywa kwa nyenzo hizi.
Pia hutumiwa kwa madhumuni madogo, kwa mfano, kwa ajili ya uzalishaji wa ufungaji wa chakula na bidhaa nyingine, sahani. Ili kufanya rangi ya fedha, poda ya chuma inayohusika inahitajika. Rangi kama hiyo inahitajika ili kulinda chuma kutokana na kutu. Tunaweza kusema kwamba alumini ni chuma cha pili kinachotumiwa zaidi katika sekta baada ya ferrum. Misombo yake na yenyewe hutumiwa mara nyingi katika tasnia ya kemikali. Hii ni kutokana na mali maalum ya kemikali ya alumini, ikiwa ni pamoja na mali yake ya kupunguza na asili ya amphoteric ya misombo yake. Hidroksidi ya kipengele cha kemikali kinachozingatiwa ni muhimu kwa utakaso wa maji. Aidha, hutumiwa katika dawa wakati wa uzalishaji wa chanjo. Inaweza pia kupatikana katika baadhi ya plastiki na vifaa vingine.
Jukumu katika asili
Kama ilivyotajwa hapo juu, alumini hupatikana kwa idadi kubwa kwenye ukoko wa dunia. Ni muhimu hasa kwa viumbe hai. Alumini inahusika katika udhibiti wa michakato ya ukuaji, huunda tishu zinazojumuisha, kama mfupa, ligamentous na wengine. Shukrani kwa microelement hii, taratibu za kuzaliwa upya kwa tishu za mwili hufanyika kwa kasi. Upungufu wake unaonyeshwa na dalili zifuatazo: matatizo ya maendeleo na ukuaji kwa watoto, kwa watu wazima - uchovu wa muda mrefu, kupungua kwa utendaji, uratibu usioharibika wa harakati, kupungua kwa kuzaliwa upya kwa tishu, udhaifu wa misuli, hasa katika viungo. Jambo hili linaweza kutokea ikiwa unakula vyakula vichache sana vyenye kipengele hiki cha kufuatilia.
Hata hivyo, tatizo la kawaida zaidi ni ziada ya alumini katika mwili. Katika kesi hiyo, dalili zifuatazo mara nyingi huzingatiwa: woga, unyogovu, usumbufu wa usingizi, kupoteza kumbukumbu, upinzani wa dhiki, kupungua kwa mfumo wa musculoskeletal, ambayo inaweza kusababisha fractures mara kwa mara na sprains. Kwa ziada ya muda mrefu ya alumini katika mwili, matatizo mara nyingi hutokea katika kazi ya karibu kila mfumo wa chombo.
Sababu kadhaa zinaweza kusababisha jambo hili. Kwanza kabisa, imethibitishwa kwa muda mrefu na wanasayansi kwamba sahani zilizofanywa kutoka kwa chuma katika swali hazifai kwa kupikia chakula ndani yake, kwani kwa joto la juu sehemu ya alumini huingia kwenye chakula, na kwa sababu hiyo, unatumia zaidi ya hii. microelement kuliko mahitaji ya mwili.
Sababu ya pili ni matumizi ya mara kwa mara ya vipodozi vyenye chuma husika au chumvi zake. Kabla ya kutumia bidhaa yoyote, unahitaji kusoma kwa uangalifu muundo wake. Vipodozi sio ubaguzi.
Sababu ya tatu ni kuchukua dawa ambazo zina alumini nyingi kwa muda mrefu. Pamoja na matumizi yasiyofaa ya vitamini na virutubisho vya lishe, ambayo ni pamoja na microelement hii.
Sasa hebu tuone ni bidhaa gani zina alumini ili kudhibiti lishe yako na kupanga menyu kwa usahihi. Awali ya yote, haya ni karoti, jibini kusindika, ngano, alum, viazi. Kutoka kwa matunda, avocados na peaches hupendekezwa. Aidha, kabichi nyeupe, mchele, na mimea mingi ya dawa ni matajiri katika alumini. Pia, cations ya chuma katika swali inaweza kuwa zilizomo katika maji ya kunywa. Ili kuzuia kuongezeka au kupungua kwa maudhui ya alumini katika mwili (hata hivyo, kama kipengele kingine chochote cha kufuatilia), unahitaji kufuatilia kwa uangalifu mlo wako na ujaribu kuifanya iwe na usawa iwezekanavyo.
Alumini
Alumini- kipengele cha kemikali cha kikundi cha III cha mfumo wa upimaji wa Mendeleev (nambari ya atomiki 13, molekuli ya atomiki 26.98154). Katika misombo mingi, alumini ni ndogo, lakini kwa joto la juu inaweza pia kuonyesha hali ya oxidation ya +1. Ya misombo ya chuma hii, muhimu zaidi ni Al 2 O 3 oksidi.
Alumini- fedha-nyeupe chuma, mwanga (wiani 2.7 g / cm 3), ductile, conductor nzuri ya umeme na joto, kiwango myeyuko 660 ° C. Inatolewa kwa urahisi ndani ya waya na kuvingirwa kwenye karatasi nyembamba. Alumini ni kazi ya kemikali (katika hewa inafunikwa na filamu ya oksidi ya kinga - oksidi ya alumini.) Inalinda chuma kwa uaminifu kutoka kwa oxidation zaidi. Lakini ikiwa poda ya alumini au foil ya alumini inapokanzwa sana, chuma huwaka kwa moto unaopofusha, na kugeuka kuwa oksidi ya alumini. Alumini hupasuka hata katika asidi hidrokloriki na sulfuriki kuondokana, hasa wakati wa joto. Lakini katika asidi ya nitriki iliyopunguzwa sana na iliyojilimbikizia, alumini haina kufuta. Wakati ufumbuzi wa maji wa alkali hutenda kwenye alumini, safu ya oksidi huyeyuka, na alumini huundwa - chumvi zilizo na alumini katika muundo wa anion:
Al 2 O 3 + 2NaOH + 3H 2 O \u003d 2Na.
Alumini, bila filamu ya kinga, inaingiliana na maji, ikiondoa hidrojeni kutoka kwayo:
2Al + 6H 2 O \u003d 2Al (OH) 3 + 3H 2
Hidroksidi ya alumini inayotokana humenyuka na ziada ya alkali, na kutengeneza hydroxoaluminate:
Al (OH) 3 + NaOH \u003d Na.
Equation ya jumla ya kufutwa kwa alumini katika mmumunyo wa maji wa alkali ina fomu ifuatayo:
2Al + 2NaOH + 6H 2 O \u003d 2Na + 3H 2.
Alumini inaingiliana kikamilifu na halojeni. Alumini hidroksidi Al(OH) 3 ni dutu nyeupe, isiyo na mwanga na ya rojorojo.
Ukoko wa dunia una alumini 8.8%. Ni kipengele cha tatu kwa wingi zaidi katika asili baada ya oksijeni na silicon, na ya kwanza kati ya metali. Ni sehemu ya udongo, feldspars, micas. Mamia kadhaa ya madini ya Al yanajulikana (aluminosilicates, bauxites, alunites, na wengine). Madini muhimu zaidi ya alumini - bauxite ina 28-60% ya alumina - oksidi ya alumini Al 2 O 3 .
Katika hali yake safi, alumini ilipatikana kwa mara ya kwanza na mwanafizikia wa Denmark H. Oersted mwaka wa 1825, ingawa ni chuma cha kawaida zaidi katika asili.
Uzalishaji wa alumini unafanywa na electrolysis ya alumina Al 2 O 3 katika NaAlF 4 cryolite kuyeyuka kwa joto la 950 °C.
Alumini hutumiwa katika anga, ujenzi, haswa katika mfumo wa aloi za alumini na metali zingine, uhandisi wa umeme (badala ya shaba katika utengenezaji wa nyaya, nk), tasnia ya chakula (foil), madini (kiongeza cha aloi), aluminothermy, n.k. .
Uzito wa alumini, mvuto maalum na sifa nyingine.
Msongamano - 2,7*10 3 kg/m 3 ;
Mvuto maalum - 2,7 G/ cm 3;
Joto maalum kwa 20 ° C - 0.21 cal / deg;
Kiwango cha joto - 658.7°C;
Uwezo maalum wa joto wa kuyeyuka - 76.8 cal / deg;
Joto la kuchemsha - 2000°C;
Mabadiliko ya kiasi cha jamaa wakati wa kuyeyuka (ΔV/V) - 6,6%;
Mgawo wa upanuzi wa mstari(takriban 20°C) :
- 22.9 * 10 6 (1 / deg);
Mgawo wa conductivity ya mafuta ya alumini - 180 kcal / m * saa * mvua ya mawe;
Moduli ya elasticity ya alumini na uwiano wa Poisson
Kuakisi mwanga kwa alumini
Nambari zilizotolewa kwenye jedwali zinaonyesha ni asilimia ngapi ya tukio la mwanga kwenye uso linaonyeshwa kutoka kwake.
ALUMINIUM OXIDE Al 2 O 3
Oksidi ya alumini Al 2 O 3, pia huitwa alumina, hutokea kwa kawaida katika fomu ya fuwele, na kutengeneza corundum ya madini. Corundum ina ugumu wa juu sana. Fuwele zake za uwazi, zenye rangi nyekundu au bluu, ni mawe ya thamani - ruby na yakuti. Hivi sasa, rubi hupatikana kwa bandia kwa kuchanganya na alumina katika tanuru ya umeme. Hazitumiwi sana kwa vito vya mapambo kama kwa madhumuni ya kiufundi, kwa mfano, kwa utengenezaji wa sehemu za vyombo vya usahihi, mawe kwenye saa, nk. Fuwele za rubi zilizo na uchafu mdogo wa Cr 2 O 3 hutumiwa kama jenereta za quantum - leza zinazounda miale iliyoelekezwa ya mionzi ya monokromatiki.
Corundum na aina yake nzuri, iliyo na kiasi kikubwa cha uchafu - emery, hutumiwa kama nyenzo za abrasive.
UZALISHAJI WA ALUMINIUM
malighafi kuu kwa uzalishaji wa alumini ni bauxite zenye 32-60% alumina Al 2 O 3 . Ores muhimu zaidi za alumini pia ni pamoja na alunite na nepheline. Urusi ina akiba kubwa ya madini ya alumini. Mbali na bauxites, amana kubwa ambazo ziko katika Urals na Bashkiria, nepheline, iliyochimbwa kwenye Peninsula ya Kola, ni chanzo tajiri cha aluminium. Alumini nyingi pia hupatikana katika amana za Siberia.
Alumini hupatikana kutoka kwa oksidi ya alumini Al 2 O 3 kwa njia ya electrolytic. Oksidi ya alumini inayotumiwa kwa hili lazima iwe safi ya kutosha, kwani uchafu huondolewa kutoka kwa alumini iliyoyeyuka kwa shida kubwa. Iliyosafishwa Al 2 O 3 inapatikana kwa kusindika bauxite ya asili.
Nyenzo kuu ya kuanzia kwa ajili ya uzalishaji wa alumini ni oksidi ya alumini. Haitumii umeme na ina kiwango cha juu sana cha kuyeyuka (takriban 2050 °C), kwa hivyo inahitaji nishati nyingi.
Ni muhimu kupunguza kiwango cha kuyeyuka kwa oksidi ya alumini hadi angalau 1000 o C. Njia hii ilipatikana kwa sambamba na Mfaransa P. Eru na Ukumbi wa Marekani C.. Waligundua kuwa alumina huyeyuka vizuri katika kryolite iliyoyeyuka, madini yenye muundo wa AlF 3. 3NaF. Kuyeyuka huku kunakabiliwa na electrolysis kwa joto la karibu 950 ° C tu katika uzalishaji wa alumini. Hifadhi ya cryolite katika asili haina maana, hivyo cryolite ya synthetic iliundwa, ambayo ilipunguza kwa kiasi kikubwa gharama ya uzalishaji wa alumini.
Hydrolysis inakabiliwa na mchanganyiko wa kuyeyuka wa cryolite Na 3 na oksidi ya alumini. Mchanganyiko ulio na takriban asilimia 10 ya uzani wa Al 2 O 3 huyeyuka kwa 960 ° C na ina upitishaji wa umeme, msongamano na mnato unaofaa zaidi kwa mchakato. Ili kuboresha zaidi sifa hizi, viongeza vya AlF 3, CaF 2 na MgF 2 vinaletwa katika utungaji wa mchanganyiko. Hii inafanya electrolysis iwezekanavyo katika 950 °C.
Electrolyser kwa ajili ya kuyeyusha alumini ni casing ya chuma iliyowekwa na matofali ya kinzani kutoka ndani. Chini yake (chini), iliyokusanywa kutoka kwa vizuizi vya makaa ya mawe yaliyoshinikwa, hutumika kama cathode. Anodes (moja au zaidi) ziko juu: hizi ni muafaka wa alumini uliojaa briquettes ya makaa ya mawe. Katika mimea ya kisasa, electrolyzers imewekwa katika mfululizo; kila mfululizo una seli 150 au zaidi.
Wakati wa electrolysis, alumini hutolewa kwenye cathode, na oksijeni hutolewa kwenye anode. Alumini, ambayo ina wiani mkubwa zaidi kuliko kuyeyuka kwa asili, hukusanywa chini ya electrolyzer, kutoka ambapo hutolewa mara kwa mara. Wakati chuma kinapotolewa, sehemu mpya za oksidi ya alumini huongezwa kwenye kuyeyuka. Oksijeni iliyotolewa wakati wa electrolysis inaingiliana na kaboni ya anode, ambayo huwaka, na kutengeneza CO na CO 2.
Kiwanda cha kwanza cha alumini nchini Urusi kilijengwa mnamo 1932 huko Volkhov.
Aloi za ALUMINIUM
Aloi, ambayo huongeza nguvu na mali nyingine za alumini, hupatikana kwa kuanzisha viungio vya aloi ndani yake, kama vile shaba, silicon, magnesiamu, zinki na manganese.
Duralumin(duralumin, duralumin, kutoka kwa jina la jiji la Ujerumani ambapo uzalishaji wa viwanda wa alloy ulianza). Aloi ya alumini (msingi) na shaba (Cu: 2.2-5.2%), magnesiamu (Mg: 0.2-2.7%) manganese (Mn: 0.2-1%). Inakabiliwa na ugumu na kuzeeka, mara nyingi huvaliwa na alumini. Ni nyenzo ya kimuundo kwa uhandisi wa anga na usafiri.
Silumini- aloi za alumini za mwanga (msingi) na silicon (Si: 4-13%), wakati mwingine hadi 23% na vipengele vingine: Cu, Mn, Mg, Zn, Ti, Be). Wanazalisha sehemu za usanidi tata, haswa katika tasnia ya magari na ndege.
magnalia- aloi za alumini (msingi) na magnesiamu (Mg: 1-13%) na mambo mengine yenye upinzani wa juu wa kutu, weldability nzuri, ductility ya juu. Wao hufanya castings umbo (akitoa magnals), karatasi, waya, rivets, nk. (magnalia inayoweza kuharibika).
Faida kuu za aloi zote za alumini ni wiani wao wa chini (2.5-2.8 g / cm 3), nguvu ya juu (kwa uzito wa kitengo), upinzani wa kuridhisha dhidi ya kutu ya anga, bei nafuu ya kulinganisha na urahisi wa uzalishaji na usindikaji.
Aloi za alumini hutumiwa katika teknolojia ya roketi, katika ndege, magari, meli na utengenezaji wa vyombo, katika uzalishaji wa vyombo, bidhaa za michezo, samani, matangazo na viwanda vingine.
Kwa upande wa upana wa matumizi, aloi za alumini huchukua nafasi ya pili baada ya chuma na chuma cha kutupwa.
Alumini ni mojawapo ya viungio vya kawaida katika aloi kulingana na shaba, magnesiamu, titani, nikeli, zinki, na chuma.
Alumini pia hutumiwa kwa aluminizing (aluminizing)- kueneza kwa uso wa chuma au bidhaa za chuma zilizopigwa na alumini ili kulinda nyenzo za msingi kutoka kwa oxidation wakati wa joto kali, i.e. kuongeza upinzani wa joto (hadi 1100 ° C) na upinzani dhidi ya kutu ya anga.
Alumini ni kipengele cha kikundi cha 13 cha meza ya mara kwa mara ya vipengele vya kemikali, kipindi cha tatu, na nambari ya atomiki 13. Ni ya kundi la metali nyepesi. Metali ya kawaida na ya tatu ya kawaida ya kemikali katika ukoko wa dunia (baada ya oksijeni na silicon).
Alumini ya dutu rahisi ni metali nyepesi, ya paramagnetic ya fedha-nyeupe, inayofinyangwa kwa urahisi, kutupwa na kutengenezwa kwa mashine. Alumini ina conductivity ya juu ya mafuta na umeme, upinzani dhidi ya kutu kutokana na malezi ya haraka ya filamu kali za oksidi zinazolinda uso kutokana na kuingiliana zaidi.
Njia ya kisasa ya kupata, mchakato wa Hall-Héroult. Inajumuisha kufutwa kwa oksidi ya alumini Al2O3 katika kuyeyuka kwa cryolite ya Na3AlF6, ikifuatiwa na electrolysis kwa kutumia coke au electrodes ya anodi ya grafiti. Njia hii ya kupata inahitaji kiasi kikubwa sana cha umeme, na kwa hiyo ilipokea maombi ya viwanda tu katika karne ya 20.
Njia ya maabara ya kupata aluminium: kupunguzwa kwa kloridi ya alumini isiyo na maji na potasiamu ya metali (athari huendelea wakati joto bila hewa):
Metali-nyeupe-fedha, mwanga, msongamano - 2.7 g/cm³, kiwango myeyuko kwa alumini ya kiufundi - 658 ° C, kwa alumini ya usafi wa hali ya juu - 660 ° C, ductility ya juu: kwa kiufundi - 35%, kwa safi - 50% , iliyovingirishwa. kwenye karatasi nyembamba na hata foil. Alumini ina conductivity ya juu ya umeme (37 106 S / m) na conductivity ya mafuta (203.5 W / (m K)), 65%, ina mwanga wa juu wa kutafakari.
Alumini huunda aloi na karibu metali zote. Inajulikana zaidi ni aloi na shaba na magnesiamu (duralumin) na silicon (silumin).
Kwa upande wa kuenea katika ukoko wa dunia, Dunia inachukua nafasi ya 1 kati ya metali na nafasi ya 3 kati ya vipengele, pili baada ya oksijeni na silicon. Mkusanyiko mkubwa wa alumini katika ukoko wa dunia, kulingana na watafiti mbalimbali, inakadiriwa kuwa 7.45 hadi 8.14%. Kwa asili, alumini, kutokana na shughuli zake za juu za kemikali, hutokea karibu pekee katika mfumo wa misombo.
Alumini ya asili ina karibu isotopu moja thabiti, 27Al, yenye athari kidogo ya 26Al, isotopu ya mionzi iliyoishi kwa muda mrefu na nusu ya maisha ya miaka 720,000, iliyotolewa angani kwa mgawanyiko wa 40Ar argon nuclei kwa nishati ya juu ya cosmic. protoni za miale.
Katika hali ya kawaida, alumini inafunikwa na filamu nyembamba na yenye nguvu ya oksidi na kwa hiyo haifanyi na mawakala wa oksidi wa classical: na H2O (t °), O2, HNO3 (bila inapokanzwa). Kwa sababu ya hii, alumini sio chini ya kutu na kwa hivyo inahitajika sana na tasnia ya kisasa. Walakini, filamu ya oksidi inapoharibiwa (kwa mfano, inapogusana na miyeyusho ya chumvi za amonia NH4 +, alkali za moto, au kama matokeo ya kuunganishwa), alumini hufanya kazi kama chuma cha kupunguza. Inawezekana kuzuia uundaji wa filamu ya oksidi kwa kuongeza metali kama vile gallium, indium au bati kwenye alumini. Katika kesi hii, uso wa alumini hutiwa maji na eutectics ya kiwango cha chini kulingana na metali hizi.
Humenyuka kwa urahisi na vitu rahisi:
na oksijeni kuunda alumina:
na halojeni (isipokuwa florini), kutengeneza kloridi, bromidi au iodidi ya alumini:
humenyuka pamoja na zisizo za metali nyingine inapokanzwa:
na florini, kutengeneza floridi ya alumini:
na salfa, kutengeneza sulfidi ya alumini:
na nitrojeni kuunda nitridi ya alumini:
na kaboni, kutengeneza CARBIDE ya alumini:
Sulfidi ya alumini na carbudi ya alumini ni hidrolisisi kabisa:
Na vitu ngumu:
na maji (baada ya kuondoa filamu ya oksidi ya kinga, kwa mfano, kwa kuunganishwa au suluhisho la alkali moto):
na alkali (pamoja na malezi ya tetrahydroxoaluminates na alumini zingine):
Mumunyifu kwa urahisi katika hidrokloriki na asidi dilute sulfuriki:
Inapokanzwa, huyeyuka katika asidi - mawakala wa oksidi ambayo huunda chumvi za alumini mumunyifu:
hurejesha metali kutoka kwa oksidi zao (aluminothermy):
44. Misombo ya alumini, mali zao za amphoteric
Usanidi wa kielektroniki wa kiwango cha nje cha alumini ni … 3s23p1.
Katika hali ya msisimko, moja ya s-elektroni hupita kwenye seli ya bure ya p-sublevel, hali hii inafanana na valence III na hali ya oxidation +3. Kuna d-sublevels za bure katika safu ya elektroni ya nje ya atomi ya alumini.
Misombo muhimu zaidi ya asili ni aluminosilicates:
udongo mweupe Al2O3 ∙ 2SiO2 ∙ 2H2O, feldspar K2O ∙ Al2O3 ∙ 6SiO2, mica K2O ∙ Al2O3 ∙ 6SiO2 ∙ H2O
Ya aina nyingine za asili za tukio la alumini, bauxites А12Оз ∙ nН2О, madini ya corundum А12Оз na cryolite А1Fз ∙3NaF ni ya umuhimu mkubwa.
Nyepesi, nyeupe-fedha, chuma cha ductile, hufanya umeme na joto vizuri.
Katika hewa, alumini inafunikwa na thinnest (0.00001 mm), lakini filamu mnene sana ya oksidi, ambayo inalinda chuma kutokana na oxidation zaidi na kuipa mwonekano wa matte.
Oksidi ya alumini А12О3
Imara nyeupe, isiyoyeyuka katika maji, kiwango myeyuko 2050°C.
Asili A12O3 ni corundum ya madini. Fuwele za rangi ya uwazi ya corundum - ruby nyekundu - ina mchanganyiko wa chromium - na samafi ya bluu - mchanganyiko wa titanium na chuma - mawe ya thamani. Pia hupatikana kwa bandia na kutumika kwa madhumuni ya kiufundi, kwa mfano, kwa ajili ya utengenezaji wa sehemu za vyombo vya usahihi, mawe katika kuona, nk.
Tabia za kemikali
Oksidi ya alumini inaonyesha sifa za amphoteric
1. mwingiliano na asidi
А12О3 + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2O
2. mwingiliano na alkali
А12О3 + 2NaOH - 2NaAlO2 + H2O
Al2O3 + 2NaOH + 5H2O = 2Na
3. Wakati mchanganyiko wa oksidi ya chuma sambamba na poda ya alumini inapokanzwa, mmenyuko wa ukatili hutokea, na kusababisha kutolewa kwa chuma cha bure kutoka kwa oksidi iliyochukuliwa. Njia ya kupunguza na Al (alumini) mara nyingi hutumiwa kupata idadi ya vipengele (Cr, Mn, V, W, nk) katika hali ya bure.
2A1 + WO3 = A12Oz + W
4. mwingiliano na chumvi kuwa na mazingira ya alkali sana kutokana na hidrolisisi
Al2O3 + Na2CO3 = 2 NaAlO2 + CO2
Alumini hidroksidi A1(OH)3
Al(OH)3 ni unyevunyevu mweupe wa rojorojo, isiyoweza kuyeyuka katika maji, lakini huyeyuka kwa urahisi katika asidi na alkali kali. Kwa hiyo ina tabia ya amphoteric.
Hidroksidi ya alumini hupatikana kwa mmenyuko wa kubadilishana kwa chumvi za alumini mumunyifu na alkali.
AlCl3 + 3NaOH = Al(OH)3↓ + 3NaCl
Al3+ + 3OH- = Al(OH)3↓
Mwitikio huu unaweza kutumika kama ubora wa ioni ya Al3+
Tabia za kemikali
1. mwingiliano na asidi
Al(OH)3 +3HCl = 2AlCl3 + 3H2O
2. wakati wa kuingiliana na alkali kali, alumini zinazolingana huundwa:
NaOH + A1(OH)3 = Na
3. mtengano wa joto
2Al(OH)3 = Al2O3 + 3H2O
Chumvi za alumini hupitia hidrolisisi ya mawasiliano, mazingira ya tindikali (pH< 7)
Al3+ + H+OH- ↔ AlOH2+ + H+
Al(NO3)3 + H2O↔ AlOH(NO3)2 + HNO3
Chumvi mumunyifu ya alumini na asidi dhaifu hupitia kamili (hidrolisisi isiyoweza kutenduliwa)
Al2S3+ 3H2O = 2Al(OH)3 +3H2S
Oksidi ya alumini Al2O3 - ni sehemu ya baadhi ya antacids (kwa mfano, Almagel), kutumika kwa kuongezeka kwa asidi ya juisi ya tumbo.
КAl(SO4)3 12H2О - alum ya potasiamu hutumiwa katika dawa kwa ajili ya matibabu ya magonjwa ya ngozi, kama wakala wa hemostatic. Pia hutumiwa kama tannin katika tasnia ya ngozi.
(CH3COO)3Al - Kioevu cha Burov - 8% ya ufumbuzi wa acetate ya alumini ina athari ya kutuliza na ya kupinga uchochezi, katika viwango vya juu ina mali ya wastani ya antiseptic. Inatumika kwa fomu ya diluted kwa suuza, lotions, kwa magonjwa ya uchochezi ya ngozi na utando wa mucous.
AlCl3 - hutumika kama kichocheo katika usanisi wa kikaboni.
Al2(SO4)3 18 H20 - kutumika katika matibabu ya maji.
Kupata alum ya potasiamu
Alumini(lat. Alumini), - katika mfumo wa mara kwa mara, alumini ni katika kipindi cha tatu, katika kikundi kikuu cha kikundi cha tatu. Malipo ya Msingi +13. Muundo wa elektroniki wa atomi ni 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1 . Radi ya atomiki ya chuma ni 0.143 nm, ya covalent ni 0.126 nm, radius ya masharti ya ioni ya Al 3+ ni 0.057 nm. Nishati ya ionization Al - Al + 5.99 eV.
Hali ya oksidi ya tabia zaidi ya atomi ya alumini ni +3. Hali mbaya ya oxidation ni nadra. Kuna d-sublevels za bure kwenye safu ya elektroni ya nje ya atomi. Kutokana na hili, nambari yake ya uratibu katika misombo inaweza kuwa si 4 tu (AlCl 4-, AlH 4-, aluminosilicates), lakini pia 6 (Al 2 O 3, 3+).
Rejea ya historia. Jina la alumini linatokana na lat. alumen - hivyo nyuma katika 500 BC. inayoitwa alumini alum, ambayo ilitumika kama modant katika kupaka rangi ya vitambaa na kwa ngozi ya ngozi. Mwanasayansi wa Denmark H. K. Oersted mwaka wa 1825, akiigiza kwa muunganisho wa potasiamu kwenye AlCl 3 isiyo na maji na kisha kuifukuza zebaki, alipata alumini safi kiasi. Njia ya kwanza ya kiviwanda ya utengenezaji wa alumini ilipendekezwa mnamo 1854 na mwanakemia Mfaransa A.E. St. Clair Deville: njia hiyo ilihusisha upunguzaji wa alumini na kloridi ya sodiamu mara mbili Na 3 AlCl 6 na chuma cha sodiamu. Sawa na rangi na fedha, alumini ilikuwa ghali sana mwanzoni. Kuanzia 1855 hadi 1890 tani 200 tu za alumini zilitolewa. Njia ya kisasa ya kutengeneza alumini kwa kutumia umeme wa kuyeyuka kwa cryolite-alumina ilitengenezwa mnamo 1886 wakati huo huo na kwa kujitegemea na C. Hall huko USA na P. Héroux huko Ufaransa.
Kuwa katika asili
Alumini ni metali nyingi zaidi katika ukoko wa dunia. Inachukua 5.5-6.6 mol. hisa% au 8 wt.%. Misa yake kuu imejilimbikizia katika aluminosilicates. Bidhaa ya kawaida sana ya uharibifu wa miamba inayoundwa nao ni udongo, muundo mkuu ambao unalingana na formula Al 2 O 3. 2SiO2. 2H 2 O. Kati ya aina nyingine za asili za alumini, bauxite Al 2 O 3 ni ya umuhimu mkubwa zaidi. xH 2 O na madini corundum Al 2 O 3 na cryolite AlF 3 . 3NaF.
Risiti
Kwa sasa, alumini huzalishwa katika sekta na electrolysis ya ufumbuzi wa alumina Al 2 O 3 katika cryolite iliyoyeyuka. Al 2 O 3 lazima iwe safi ya kutosha, kwani uchafu huondolewa kutoka kwa alumini iliyoyeyuka kwa shida kubwa. Kiwango cha kuyeyuka cha Al 2 O 3 ni karibu 2050 o C, na cryolite - 1100 o C. Electrolysis inakabiliwa na mchanganyiko wa kuyeyuka wa cryolite na Al 2 O 3 iliyo na karibu 10 wt.% Al 2 O 3, ambayo huyeyuka kwa 960. o C na ina conductivity ya umeme , wiani na viscosity, nzuri zaidi kwa mchakato. Kwa kuongeza AlF 3 , CaF 2 na MgF 2 electrolysis inawezekana kwa 950°C.
Kiini cha elektroliti kwa ajili ya kuyeyusha alumini ni casing ya chuma iliyowekwa na matofali ya kinzani kutoka ndani. Chini yake (chini), iliyokusanywa kutoka kwa vizuizi vya makaa ya mawe yaliyoshinikwa, hutumika kama cathode. Anodes ziko juu: hizi ni muafaka wa alumini uliojaa briquettes ya makaa ya mawe.
Al 2 O 3 \u003d Al 3+ + AlO 3 3-
Alumini ya kioevu hutolewa kwenye cathode:
Al 3+ + 3e - \u003d Al
Alumini inakusanywa chini ya tanuru, kutoka ambapo hutolewa mara kwa mara. Oksijeni hutolewa kwenye anode:
4AlO 3 3- - 12e - \u003d 2Al 2 O 3 + 3O 2
Oksijeni huweka oksidi ya grafiti kwa oksidi za kaboni. Kaboni inapoungua, anode hujengwa.
Alumini pia hutumiwa kama nyongeza ya aloi kwa aloi nyingi ili kuwapa upinzani wa joto.
Mali ya kimwili ya alumini. Alumini inachanganya seti ya thamani sana ya mali: wiani mdogo, conductivity ya juu ya mafuta na umeme, ductility ya juu na upinzani mzuri wa kutu. Inaweza kughushiwa kwa urahisi, kupigwa muhuri, kukunjwa, kuchorwa. Alumini ni svetsade vizuri na gesi, mawasiliano na aina nyingine za kulehemu. Mwamba wa alumini ni ujazo ulio katikati ya uso na kigezo a = 4.0413 Å. Sifa za alumini, kama zile za metali zote, hutegemea kwa kiasi kikubwa usafi wake. Mali ya alumini ya usafi wa juu (99.996%): wiani (saa 20 ° C) 2698.9 kg / m 3; t pl 660.24 °C; t bale kuhusu 2500 °C; mgawo wa upanuzi wa joto (kutoka 20 ° hadi 100 ° C) 23.86 10 -6; upitishaji wa joto (saa 190 °C) 343 W/m K, uwezo maalum wa joto (saa 100 °C) 931.98 J/kg K. ; conductivity ya umeme kwa heshima na shaba (saa 20 ° C) 65.5%. Alumini ina nguvu ya chini (nguvu ya kuvuta 50-60 MN/m2), ugumu (170 MN/m2 kulingana na Brinell) na ductility ya juu (hadi 50%). Wakati wa rolling baridi, nguvu tensile ya Alumini huongezeka hadi 115 MN/m 2, ugumu - hadi 270 MN/m 2, elongation jamaa hupungua hadi 5% (1 MN/m 2 ~ na 0.1 kgf/mm 2). Alumini imeng'olewa vizuri, imetiwa anod na ina uakisi wa juu karibu na fedha (inaonyesha hadi 90% ya nishati ya mwanga ya tukio). Kuwa na mshikamano wa juu wa oksijeni, alumini katika hewa inafunikwa na filamu nyembamba, lakini yenye nguvu sana ya oksidi Al 2 O 3, ambayo inalinda chuma kutokana na oxidation zaidi na huamua mali yake ya juu ya kupambana na kutu. Nguvu ya filamu ya oksidi na athari yake ya kinga hupungua sana mbele ya uchafu wa zebaki, sodiamu, magnesiamu, shaba, nk. Alumini inakabiliwa na kutu ya anga, bahari na maji safi, haiingiliani na nitriki iliyojilimbikizia au iliyopunguzwa sana asidi, na asidi za kikaboni, bidhaa za chakula.
Tabia za kemikali
Wakati alumini iliyogawanywa vizuri inapokanzwa, inawaka kwa nguvu katika hewa. Mwingiliano wake na sulfuri unaendelea vivyo hivyo. Kwa klorini na bromini, mchanganyiko hutokea tayari kwa joto la kawaida, na iodini - inapokanzwa. Kwa joto la juu sana, alumini pia inachanganya moja kwa moja na nitrojeni na kaboni. Kinyume chake, haiingiliani na hidrojeni.
Alumini ni sugu kabisa kwa maji. Lakini ikiwa athari ya kinga ya filamu ya oksidi imeondolewa kwa njia ya kiufundi au kwa kuunganishwa, basi athari ya nguvu hutokea:
Punguza sana, pamoja na HNO3 iliyojilimbikizia sana na H2SO4, karibu haina athari kwa alumini (katika baridi), wakati katika viwango vya kati vya asidi hizi, hupasuka hatua kwa hatua. Alumini safi ni imara kabisa kwa heshima na asidi hidrokloriki, lakini chuma cha kawaida cha kiufundi hupasuka ndani yake.
Chini ya hatua ya suluhisho la maji ya alkali kwenye alumini, safu ya oksidi huyeyuka, na alumini huundwa - chumvi zilizo na alumini katika muundo wa anion:
Al 2 O 3 + 2NaOH + 3H 2 O \u003d 2Na
Alumini, bila filamu ya kinga, inaingiliana na maji, ikiondoa hidrojeni kutoka kwayo:
2Al + 6H 2 O \u003d 2Al (OH) 3 + 3H 2
Hidroksidi ya alumini inayotokana humenyuka na ziada ya alkali, na kutengeneza hydroxoaluminate:
Al(OH) 3 + NaOH = Na
Mlinganyo wa jumla wa kufutwa kwa alumini katika mmumunyo wa maji wa alkali:
2Al + 2NaOH + 6H 2 O = 2Na + 3H 2
Alumini hupasuka kwa urahisi katika suluhisho za chumvi ambazo zina athari ya asidi au alkali kwa sababu ya hidrolisisi yao, kwa mfano, katika suluhisho la Na 2 CO 3.
Katika mfululizo wa mikazo, iko kati ya Mg na Zn. Katika misombo yake yote imara, alumini ni trivalent.
Mchanganyiko wa alumini na oksijeni unaambatana na kutolewa kwa joto kubwa (1676 kJ/mol Al 2 O 3), kubwa zaidi kuliko ile ya metali nyingine nyingi. Kwa kuzingatia hili, wakati mchanganyiko wa oksidi ya chuma sambamba na poda ya alumini inapokanzwa, mmenyuko wa ukatili hutokea, na kusababisha kutolewa kwa chuma cha bure kutoka kwa oksidi iliyochukuliwa. Njia ya kupunguza na Al (alumini) mara nyingi hutumiwa kupata idadi ya vipengele (Cr, Mn, V, W, nk) katika hali ya bure.
Aluminothermy wakati mwingine hutumiwa kwa kulehemu sehemu za chuma za kibinafsi, haswa viungo vya reli za tramu. Mchanganyiko unaotumiwa ("mchwa") huwa na poda nzuri za alumini na Fe 3 O 4 . Inawashwa kwa fuse kutoka kwa mchanganyiko wa Al na BaO 2. Majibu kuu huenda kulingana na equation:
8Al + 3Fe 3 O 4 = 4Al 2 O 3 + 9Fe + 3350 kJ
Kwa kuongezea, hali ya joto huongezeka karibu 3000 o C.
Oksidi ya alumini ni nyeupe, kinzani sana (mp 2050 o C) na molekuli isiyoyeyushwa na maji. Asili Al 2 O 3 (madini ya corundum), pamoja na kupatikana kwa bandia na kisha kuhesabiwa kwa nguvu, hutofautishwa na ugumu wa juu na kutokuwepo kwa asidi. Al 2 O 3 (kinachojulikana alumina) inaweza kubadilishwa kuwa hali ya mumunyifu kwa kuunganishwa na alkali.
Corundum ya asili, kwa kawaida iliyochafuliwa na oksidi ya chuma, hutumiwa kwa ajili ya utengenezaji wa magurudumu ya kusaga, baa, nk kutokana na ugumu wake mkubwa. Katika fomu iliyopigwa vizuri, inaitwa emery na hutumiwa kusafisha nyuso za chuma na kufanya sandpaper. Kwa madhumuni sawa, Al 2 O 3 hutumiwa mara nyingi, kupatikana kwa fusing bauxite (jina la kiufundi - alund).
Fuwele za rangi ya uwazi za corundum - ruby nyekundu - mchanganyiko wa chromium - na samafi ya bluu - mchanganyiko wa titanium na chuma - mawe ya thamani. Pia hupatikana kwa bandia na kutumika kwa madhumuni ya kiufundi, kwa mfano, kwa ajili ya utengenezaji wa sehemu za vyombo vya usahihi, mawe katika kuona, nk. Fuwele za rubi zilizo na uchafu mdogo wa Cr 2 O 3 hutumiwa kama jenereta za quantum - leza zinazounda miale iliyoelekezwa ya mionzi ya monokromatiki.
Kwa sababu ya kutoyeyuka kwa Al 2 O 3 katika maji, hidroksidi Al(OH) 3 inayolingana na oksidi hii inaweza kupatikana tu kwa njia isiyo ya moja kwa moja kutoka kwa chumvi. Uzalishaji wa hidroksidi unaweza kuwakilishwa kama mpango ufuatao. Chini ya hatua ya alkali, ioni za OH polepole huchukua nafasi ya molekuli 3+ za maji katika aquocomplexes:
3+ + OH - \u003d 2+ + H 2 O
2+ + OH - = + + H 2 O
OH - \u003d 0 + H 2 O
Al(OH) 3 ni unyevunyevu mweupe wa rojorojo, isiyoweza kuyeyuka katika maji, lakini huyeyuka kwa urahisi katika asidi na alkali kali. Kwa hiyo ina tabia ya amphoteric. Walakini, mali zake za kimsingi na haswa za tindikali zinaonyeshwa kwa udhaifu. Zaidi ya NH 4 OH, hidroksidi ya alumini haiwezi kuyeyuka. Aina moja ya hidroksidi isiyo na maji, gel ya alumini, hutumiwa katika uhandisi kama adsorbent.
Wakati wa kuingiliana na alkali kali, alumini zinazolingana huundwa:
NaOH + Al(OH) 3 = Na
Alumini za metali zinazofanya kazi zaidi za monovalent ni mumunyifu sana katika maji, lakini kutokana na hidrolisisi kali, ufumbuzi wao ni imara tu mbele ya ziada ya kutosha ya alkali. Alumini zinazozalishwa kutoka kwa besi dhaifu ni karibu kabisa hidrolisisi katika suluhisho na kwa hiyo zinaweza kupatikana tu kwa njia kavu (kwa aloi ya Al 2 O 3 na oksidi za metali zinazofanana). Metaaluminates huundwa, ambayo katika muundo wao huzalishwa kutoka kwa asidi ya metaaluminium HAlO 2. Wengi wao hawana mumunyifu katika maji.
Al(OH) 3 hutengeneza chumvi zenye asidi. Derivatives ya asidi nyingi kali ni mumunyifu sana katika maji, lakini ni hidrolisisi, na kwa hiyo ufumbuzi wao unaonyesha mmenyuko wa tindikali. Chumvi mumunyifu ya alumini na asidi dhaifu hutiwa hidrolisisi kwa nguvu zaidi. Kutokana na hidrolisisi, sulfidi, carbonate, sianidi na chumvi nyingine za alumini haziwezi kupatikana kutoka kwa ufumbuzi wa maji.
Katika hali ya maji, anion ya Al 3+ imezungukwa moja kwa moja na molekuli sita za maji. Ioni kama hiyo iliyo na maji hutenganishwa kulingana na mpango:
3+ + H 2 O \u003d 2+ + OH 3 +
Kujitenga kwake mara kwa mara ni 1. 10 -5 i.e. ni asidi dhaifu (sawa na nguvu na asidi asetiki). Mazingira ya oktahedral ya Al 3+ yenye molekuli sita za maji pia huhifadhiwa katika hidrati za fuwele za idadi ya chumvi za alumini.
Aluminosilicates inaweza kuchukuliwa kama silicates, ambayo sehemu ya silicon-oksijeni tetrahedra SiO 4 4 - inabadilishwa na alumini-oksijeni tetrahedra AlO 4 5- Kati ya aluminosilicates, feldspars ni ya kawaida zaidi, uhasibu kwa zaidi ya nusu ya molekuli ya ukoko wa dunia. Wawakilishi wao wakuu ni madini
orthoclase K 2 Al 2 Si 6 O 16 au K 2 O. Al 2 O 3 . 6SiO2
albite Na 2 Al 2 Si 6 O 16 au Na 2 O . Al 2 O 3 . 6SiO2
anorthite CaAl 2 Si 2 O 8 au CaO. Al 2 O 3 . 2SiO2
Madini ya kikundi cha mica ni ya kawaida sana, kwa mfano muscovite Kal 2 (AlSi 3 O 10) (OH) 2. Ya umuhimu mkubwa wa vitendo ni madini ya nepheline (Na, K) 2, ambayo hutumiwa kupata alumina, bidhaa za soda na saruji. Uzalishaji huu unajumuisha shughuli zifuatazo: a) Nepheline na chokaa hutiwa kwenye vinu vya bomba kwa 1200°C:
(Na, K) 2 + 2CaCO 3 = 2CaSiO 3 + NaAlO 2 + KAlO 2 + 2CO 2
b) misa inayosababishwa imechujwa na maji - suluhisho la alumini ya sodiamu na potasiamu na sludge ya CaSiO 3 huundwa:
NaAlO 2 + KAlO 2 + 4H 2 O \u003d Na + K
c) CO 2 inayoundwa wakati wa kuoka hupitishwa kupitia suluhisho la alumini:
Na + K + 2CO 2 = NaHCO 3 + KHCO 3 + 2Al(OH) 3
d) inapokanzwa Al (OH) 3 alumina hupatikana:
2Al(OH) 3 \u003d Al 2 O 3 + 3H 2 O
e) kwa uvukizi wa pombe ya mama, soda na viazi hutengwa, na sludge iliyopatikana hapo awali hutumiwa kwa ajili ya uzalishaji wa saruji.
Katika uzalishaji wa 1 t ya Al 2 O 3, 1 t ya bidhaa za soda na 7.5 t ya saruji hupatikana.
Baadhi ya aluminosilicates wana muundo huru na wana uwezo wa kubadilishana ioni. Silicates vile - asili na hasa bandia - hutumiwa kwa kupunguza maji. Kwa kuongeza, kutokana na uso wao ulioendelea sana, hutumiwa kama flygbolag za kichocheo, i.e. kama nyenzo zilizowekwa na kichocheo.
Halidi za alumini chini ya hali ya kawaida ni vitu vya fuwele visivyo na rangi. Katika mfululizo wa halidi za alumini, AlF 3 inatofautiana sana katika mali kutoka kwa wenzao. Ni kinzani, mumunyifu kidogo katika maji, haifanyi kazi kwa kemikali. Njia kuu ya kupata AlF 3 inategemea hatua ya HF isiyo na maji kwenye Al 2 O 3 au Al:
Al 2 O 3 + 6HF = 2AlF 3 + 3H 2 O
Misombo ya alumini na klorini, bromini na iodini ni fusible, tendaji sana na mumunyifu sana si tu katika maji, lakini pia katika vimumunyisho vingi vya kikaboni. Kuingiliana kwa halidi za alumini na maji kunafuatana na kutolewa kwa kiasi kikubwa cha joto. Katika suluhisho la maji, yote yana hidrolisisi nyingi, lakini tofauti na halidi ya kawaida ya asidi isiyo ya chuma, hidrolisisi yao haijakamilika na inaweza kubadilishwa. Kwa kuwa tayari ni tete katika hali ya kawaida, AlCl 3 , AlBr 3 na AlI 3 moshi katika hewa yenye unyevunyevu (kutokana na hidrolisisi). Wanaweza kupatikana kwa mwingiliano wa moja kwa moja wa vitu rahisi.
Msongamano wa mvuke wa AlCl 3 , AlBr 3 na AlI 3 kwa viwango vya chini vya joto hulingana zaidi au chini kabisa na fomula zilizoongezwa maradufu - Al 2 Hal 6 . Muundo wa anga wa molekuli hizi unalingana na tetrahedra mbili zilizo na makali ya kawaida. Kila atomi ya alumini imeunganishwa kwa atomi nne za halojeni, na kila moja ya atomi ya kati ya halojeni imeunganishwa kwa atomi zote mbili za alumini. Kati ya vifungo viwili vya atomi kuu ya halojeni, kimoja ni kipokezi cha wafadhili, na alumini inafanya kazi kama kipokezi.
Pamoja na chumvi za halide za idadi ya metali zinazobadilika, halidi za alumini huunda misombo changamano, hasa ya aina ya M 3 na M (ambapo Hal ni klorini, bromini au iodini). Tabia ya kuongeza athari kwa ujumla hutamkwa sana katika halidi zinazozingatiwa. Hii ndiyo sababu ya utumizi muhimu zaidi wa kiufundi wa AlCl 3 kama kichocheo (katika usafishaji wa mafuta na katika sanisi za kikaboni).
Ya fluoroaluminates, cryolite Na 3 ina maombi makubwa zaidi (kwa ajili ya uzalishaji wa Al, F 2, enamels, kioo, nk). Uzalishaji wa viwandani wa cryolite bandia ni msingi wa matibabu ya hidroksidi ya alumini na asidi hidrofloriki na soda:
2Al(OH) 3 + 12HF + 3Na 2 CO 3 = 2Na 3 + 3CO 2 + 9H 2 O
Chloro-, bromo- na iodoaluminates hupatikana kwa kuunganisha trihalides alumini na halidi za metali zinazofanana.
Ingawa alumini haiathiriki kemikali na hidrojeni, hidridi ya alumini inaweza kupatikana kwa njia isiyo ya moja kwa moja. Ni molekuli nyeupe ya amofasi ya utungaji (AlH 3) n. Hutengana inapokanzwa zaidi ya 105 ° C na kutolewa kwa hidrojeni.
Wakati AlH 3 inapoingiliana na hidridi za msingi katika suluhisho la etha, hidroaluminates huundwa:
LiH + AlH 3 = Li
Hydridoaluminates ni yabisi nyeupe. Imeoza haraka na maji. Wao ni warejeshaji wenye nguvu. Hutumika (hasa Li) katika usanisi wa kikaboni.
Aluminium sulfate Al 2 (SO 4) 3. 18H 2 O hupatikana kwa hatua ya asidi ya sulfuriki ya moto kwenye oksidi ya alumini au kaolini. Inatumika kusafisha maji, na pia katika utayarishaji wa aina fulani za karatasi.
Potassium alum KAl(SO 4) 2 . 12H 2 O hutumiwa kwa wingi kwa ngozi ya ngozi, na pia katika kupaka rangi kama modant ya vitambaa vya pamba. Katika kesi ya mwisho, athari ya alum inategemea ukweli kwamba hidroksidi ya alumini iliyoundwa kama matokeo ya hidrolisisi yao imewekwa kwenye nyuzi za kitambaa katika hali iliyotawanywa vizuri na, ikitangaza rangi, inashikilia kwa uthabiti kwenye nyuzi.
Kati ya derivatives nyingine za alumini, tunapaswa kutaja acetate yake (vinginevyo, chumvi ya asetiki) Al(CH 3 COO) 3, inayotumiwa katika vitambaa vya rangi (kama mordant) na katika dawa (lotions na compresses). Nitrati ya alumini ni mumunyifu kwa urahisi katika maji. Fosfati ya alumini haiyeyuki katika maji na asidi asetiki, lakini mumunyifu katika asidi kali na alkali.
alumini katika mwili. Alumini ni sehemu ya tishu za wanyama na mimea; katika viungo vya mamalia, kutoka 10 -3 hadi 10 -5% ya alumini (kwa dutu ghafi) ilipatikana. Aluminium hujilimbikiza kwenye ini, kongosho na tezi za tezi. Katika bidhaa za mboga, yaliyomo ya alumini ni kati ya 4 mg kwa kilo 1 ya vitu kavu (viazi) hadi 46 mg (turnip ya manjano), katika bidhaa za wanyama - kutoka 4 mg (asali) hadi 72 mg kwa kilo 1 ya jambo kavu (nyama ya ng'ombe). . Katika mlo wa kila siku wa binadamu, maudhui ya alumini hufikia 35-40 mg. Kuna viumbe vinavyojulikana - concentrators za alumini, kwa mfano, mosses ya klabu (Lycopodiaceae), iliyo na hadi 5.3% ya alumini katika majivu, moluska (Helix na Lithorina), katika majivu ambayo 0.2-0.8% ya alumini. Kutengeneza misombo isiyoyeyuka na phosphates, alumini huvuruga lishe ya mimea (kunyonya fosforasi na mizizi) na wanyama (kunyonya fosforasi kwenye matumbo).
Jiokemia ya alumini. Sifa za kijiografia za alumini huamuliwa na mshikamano wake wa juu wa oksijeni (katika madini, alumini hujumuishwa katika oktahedroni za oksijeni na tetrahedra), valency ya mara kwa mara (3), na umumunyifu mdogo wa misombo ya asili. Katika michakato ya asili wakati wa uimarishaji wa magma na uundaji wa miamba ya moto, alumini huingia kwenye kimiani ya kioo ya feldspars, micas na madini mengine - aluminosilicates. Katika biosphere, alumini ni mhamiaji dhaifu; ni haba katika viumbe na haidrosphere. Katika hali ya hewa yenye unyevunyevu, ambapo mabaki ya kuoza ya mimea mingi huunda asidi nyingi za kikaboni, alumini huhamia kwenye udongo na maji kwa namna ya misombo ya colloidal ya organomineral; alumini huingizwa na colloids na hutiwa ndani ya sehemu ya chini ya udongo. Uhusiano kati ya alumini na silicon umevunjwa kwa sehemu na katika maeneo ya nchi za hari madini huundwa - hidroksidi za alumini - boehmite, diaspore, hydrargillite. Wengi wa alumini ni sehemu ya aluminosilicates - kaolinite, beidellite na madini mengine ya udongo. Uhamaji hafifu huamua mlundikano wa mabaki ya alumini katika hali ya hewa ya ukanda wa hali ya hewa ya kitropiki yenye unyevunyevu. Matokeo yake, bauxite za eluvial huundwa. Katika enzi zilizopita za kijiolojia, bauxites pia zilikusanyika katika maziwa na ukanda wa pwani wa bahari za mikoa ya kitropiki (kwa mfano, bauxites ya sedimentary ya Kazakhstan). Katika nyika na jangwa, ambapo kuna viumbe hai kidogo, na maji ni neutral na alkali, alumini karibu haina kuhamia. Uhamaji wa alumini ni mkubwa zaidi katika maeneo ya volkeno, ambapo mito yenye asidi nyingi na maji ya chini ya ardhi yenye alumini huzingatiwa. Katika sehemu za kuhamishwa kwa maji yenye asidi na alkali - baharini (kwenye midomo ya mito na wengine), alumini huwekwa na malezi ya amana za bauxite.
Maombi ya Alumini. Mchanganyiko wa mali ya kimwili, mitambo na kemikali ya alumini huamua matumizi yake pana katika karibu maeneo yote ya teknolojia, hasa kwa namna ya aloi zake na metali nyingine. Katika uhandisi wa umeme, Alumini inafanikiwa kuchukua nafasi ya shaba, haswa katika utengenezaji wa makondakta mkubwa, kwa mfano, katika mistari ya juu, nyaya za juu-voltage, mabasi ya switchgear, transfoma (conductivity ya umeme ya Alumini hufikia 65.5% ya conductivity ya umeme ya shaba, na ni zaidi ya mara tatu nyepesi kuliko shaba; na sehemu ya msalaba ambayo hutoa conductivity sawa, wingi wa waya za alumini ni nusu ya waya za shaba). Alumini safi zaidi hutumiwa katika uzalishaji wa capacitors za umeme na rectifiers, uendeshaji ambao unategemea uwezo wa filamu ya oksidi ya alumini kusambaza sasa ya umeme katika mwelekeo mmoja tu. Alumini safi kabisa, iliyosafishwa na kuyeyuka kwa eneo, hutumiwa kwa usanisi wa misombo ya semiconductor ya aina A III B V inayotumika kwa utengenezaji wa vifaa vya semiconductor. Alumini safi hutumiwa katika utengenezaji wa violezo mbalimbali vya kioo. Alumini ya usafi wa juu hutumiwa kulinda nyuso za chuma kutoka kwa kutu ya anga (cladding, rangi ya alumini). Kwa kuwa na sehemu ya msalaba ya unyonyaji wa neutroni ya chini kiasi, alumini hutumiwa kama nyenzo ya kimuundo katika vinu vya nyuklia.
Mizinga ya alumini yenye uwezo mkubwa huhifadhi na kusafirisha gesi za kioevu (methane, oksijeni, hidrojeni, nk), asidi ya nitriki na asetiki, maji safi, peroxide ya hidrojeni na mafuta ya kula. Alumini hutumiwa sana katika vifaa vya sekta ya chakula na vifaa, kwa ajili ya ufungaji wa chakula (kwa namna ya foil), kwa ajili ya uzalishaji wa bidhaa mbalimbali za kaya. Kumekuwa na ongezeko kubwa la matumizi ya alumini kwa kumaliza majengo, usanifu, usafiri na vifaa vya michezo.
Katika madini, alumini (kando na aloi kulingana nayo) ni mojawapo ya viungio vya kawaida vya aloi katika aloi kulingana na Cu, Mg, Ti, Ni, Zn, na Fe. Alumini pia hutumiwa kuondoa oksidi ya chuma kabla ya kuimwaga kwenye ukungu, na pia katika michakato ya kupata metali fulani kwa aluminothermy. Kwa msingi wa alumini, SAP (poda ya alumini ya sintered) iliundwa na metallurgy ya unga, ambayo ina upinzani wa juu wa joto kwenye joto la juu ya 300 ° C.
Alumini hutumiwa katika uzalishaji wa milipuko (ammonial, alumotol). Misombo mbalimbali ya alumini hutumiwa sana.
Uzalishaji na utumiaji wa alumini unakua mara kwa mara, ukipita kwa kiasi kikubwa uzalishaji wa chuma, shaba, risasi na zinki kulingana na viwango vya ukuaji.
Orodha ya fasihi iliyotumika
1. V.A. Rabinovich, Z.Ya. Khavin "Marejeleo Mafupi ya Kemikali"
2. L.S. Guzey "Mihadhara juu ya Kemia Mkuu"
3. N.S. Akhmetov "Kemia ya jumla na isokaboni"
4. B.V. Nekrasov "Kitabu cha Kemia Mkuu"
5. N.L. Glinka "Kemia Mkuu"
UFAFANUZI
Alumini iko katika kipindi cha tatu, kikundi cha III cha kikundi kikuu (A) cha Jedwali la Periodic. Hiki ni kipengele cha kwanza cha kipindi cha 3.
Chuma. Wajibu - Al. Nambari ya kawaida - 13. Uzito wa atomiki wa jamaa - 26.981 a.m.u.
Muundo wa elektroniki wa atomi ya alumini
Atomi ya alumini ina kiini chenye chaji chanya (+13), ndani yake kuna protoni 13 na neutroni 14. Kiini kimezungukwa na makombora matatu, ambayo elektroni 13 husogea.
Mchele. 1. Uwakilishi wa kimkakati wa muundo wa atomi ya alumini.
Usambazaji wa elektroni katika obiti ni kama ifuatavyo.
13Al) 2) 8) 3;
1s 2 2s 2 2uk 6 3s 2 3uk 1 .
Kuna elektroni tatu kwenye kiwango cha nishati ya nje ya alumini, elektroni zote za kiwango kidogo cha 3. Mchoro wa nishati huchukua fomu ifuatayo:
Kinadharia, hali ya msisimko inawezekana kwa atomi ya alumini kwa sababu ya uwepo wa 3 wazi. d-obiti. Walakini, kupungua kwa elektroni 3 s- kiwango kidogo hakitokei.
Mifano ya kutatua matatizo
MFANO 1
