Алюминий

Министерство  науки и образования РФ

ГОУ ВПО  «Якутский государственный инженерно-технический  институт»

Технологический факультет

Кафедра «Многоканальные телекоммуникационные системы»

 

 

 

 

 

Реферат

Дисциплина  Химия

На тему: Алюминий

 

Выполнила:

студентка 2-го курса МТС-09

Петрова В. Р.

Проверила: Никифорова П. Г.

 

 

г. Якутск, 2011 год

Оглавление:

1. Введение                                                                                                                3-4
2. Физические свойства алюминия                                                                         4
3. Химические свойства алюминия                                                                     4-5
4. Получение и применение                                                                                     5
5. Оксид алюминия                                                                                                  5-6
6. Гидроксид алюминия                                                                                             6
7. Соли алюминия                                                                                                        7
8. Бинарные соединения алюминия                                                                      7
9. Проценты, проценты…                                                                                       7-9
10. Каков он есть                                                                                                      9-11
11. О пользе старения и фазах-упрочнителях                                                11-16
12. Быстрое охлаждение, образующее кристаллы                                      16-18
13. САП и САС                                                                                                         18-19
14. Не только легенда                                                                                          19-20
15. Алюминотермия                                                                                                    20
16. Синтетический криолит                                                                                       20
17. Первый катализатор                                                                                             20
18. И все это – окись алюминия!                                                                             21
19. Только один изотоп                                                                                              21
20. Алюминаты                                                                                                             21
21. Учитель об ученике                                                                                         21-22
22. Алюминий в ракетном топливе                                                                        22
23. Заключение                                                                                                            23
24. Литература                                                                                                              24

 

 

 

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

t_пл 660,37 °С,       t_кип=2500°С

Химические свойства Al

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

2Аl + 6НСl = 2АlСl₃ + ЗН₂

2Аl + 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 N^v 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=Al^з++ЗCl-

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 M^IAl(SO₄)₂ • 12H₂O ( M^I=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.