Pshe hliník. Vlastnosti složení, vlastnosti a vlastnosti hliníku

Hliník ve své čisté podobě poprvé izoloval Frederick Weller. Německý chemik zahříval prvek bezvodého chloridu draselným kovem. Stalo se to ve druhé polovině 19. století. Do 20. století kg hliníkustát víc.

Pouze bohatí a stát si dovolili nový kov. Důvodem vysokých nákladů je obtížné oddělení hliníku od jiných látek. Charles Hall navrhl metodu těžby v průmyslovém měřítku.

V roce 1886 rozpustil oxid v kryolitové tavenině. Němec uzavřel směs do žulové nádoby a připojil k ní elektrický proud. Na dně nádrže se usadily plakety z čistého kovu.

Chemické a fyzikální vlastnosti hliníku

Který hliník?Stříbrná bílá, lesklá. Proto Friedrich Wöhler porovnával kovové granule, které obdržel. Ale byla rezervace - hliník je mnohem lehčí.

Plastičnost je blízká drahocennosti a. Hliník je látka, snadno se natahuje do tenkého drátu a listů. Stačí si fólii vzpomenout. Je založen na 13. prvku.

Hliník je díky své nízké hustotě lehký. Je to třikrát méně než u železa. Současně je 13. prvek téměř pevnější.

Tato kombinace učinila stříbrný kov nepostradatelným v průmyslu, například při výrobě dílů pro automobily. Mluvíme o řemeslné výrobě, protože svařování hliníkumožné i doma.

Hliníkový vzorecumožňuje aktivně odrážet světlo, ale také tepelné paprsky. Vodivost prvku je vysoká. Hlavní věc není zbytečně zahřívat. Při 660 stupních se roztaví. Zvyšte teplotu o něco vyšší - bude hořet.

Kov zmizí, bude jen alumina. Tvoří se za standardních podmínek, ale pouze ve formě povrchového filmu. Chrání kov. Proto odolává korozi docela dobře, protože přístup kyslíku je blokován.

Oxidový film také chrání kov před vodou. Pokud je plak odstraněn z povrchu hliníku, začíná reakce s H20. K vývoji vodíkového plynu dojde i při pokojové teplotě. Takže to hliníková loďnezmění se na kouř pouze kvůli oxidovému filmu a ochranné barvě nanesené na trup.

Nejaktivnější interakce hliníkus nekovy. Reakce s bromem a chlorem probíhají i za běžných podmínek. V důsledku toho se formoval soli hliníku. Vodíkové soli se získají spojením 13. prvku s kyselými roztoky. Reakce bude probíhat s alkáliemi, ale až po odstranění oxidového filmu. Čistý vodík vynikne.

Aplikace hliníku

Na zrcadlo se stříká kov. Vysoké míry odrazu světla se hodí. Proces probíhá ve vakuu. Vytvářejí nejen standardní zrcadla, ale i objekty se zrcadlovými povrchy. Jsou to: keramické dlaždice, domácí spotřebiče, lampy.

Dueto hliníková měď- základ duralu. Jednoduše se nazývá dural. Jak přidat. Složení je 7krát silnější než čistý hliník, proto je vhodné pro oblast strojírenství a letectví.

Měď dává síle 13. elementu, ale ne těžkosti. Duralumin zůstává třikrát lehčí než železo. Malý hliníková hmota- klíč ke snadnosti automobilů, letadel, lodí. To zjednodušuje přepravu, provoz, snižuje cenu produktů.

Koupit hliníkvýrobci automobilů také usilují, protože ochranné a dekorativní sloučeniny se snadno aplikují na jeho slitiny. Barva leží rychleji a rovnoměrněji než na oceli, plastu.

V tomto případě jsou slitiny kujné, jednoduše se zpracovávají. To je cenné vzhledem k množství ohybů a strukturálních přechodů na moderních modelech automobilů.

Třináctý prvek lze nejen snadno malovat, ale může také fungovat jako barvivo. V textilním průmyslu se nakupuje síran hlinitý. Hodí se v polygrafickém průmyslu, kde jsou zapotřebí nerozpustné pigmenty.

Zajímavé řešení síran hliník používá se také k čištění vody. V přítomnosti „činidla“ se škodlivé nečistoty vysráží a jsou neutralizovány.

Neutralizuje 13. prvek a kyseliny. Obzvláště dobré v této roli. hydroxid hlinitý. To je ceněné ve farmakologii, medicíně, přidávat k léku na pálení žáhy.

Hydroxid je také předepsán pro vředy, zánětlivé procesy střevního traktu. Takže v lékárně lék je také hliník. Kyselinav žaludku - příležitost dozvědět se více o takových drogách.

V SSSR byly raženy bronzy s přídavkem hliníku o 11 procent. Důstojnost označení je 1, 2 a 5 kopecks. Začaly vyrábět v roce 1926, dokončeny v roce 1957. Výroba hliníkových plechovek pro konzervované potraviny se však nezastavila.

Dušené maso, saury a další snídaně turistů jsou stále baleny v kontejnerech na základě 13. prvku. Takové banky nereagují s jídlem, jsou však lehké a levné.

Hliníkový prášek je součástí mnoha výbušných směsí, včetně pyrotechniky. V průmyslu se používají podvratné mechanismy založené na trinitrotoluenu a pozemním 13. prvku. Silné výbušniny se získají také přidáním dusičnanu amonného do hliníku.

V ropném průmyslu chlorid hlinitý. Hraje roli katalyzátoru při rozkladu organických látek na frakce. Ropa má vlastnost uvolňovat plynné lehké benzínové uhlovodíky reakcí s 13. chloridem kovu. Činidlo musí být bezvodé. Po přidání chloridu se směs zahřeje na 280 stupňů Celsia.

Ve stavebnictví často míchám sodíka hliník. Ukázalo se, že se jedná o přísadu do betonu. Hlinitan sodný urychluje jeho ztvrdnutí v důsledku zrychlení hydratace.

Rychlost mikrokrystalizace se zvyšuje, což znamená, že se zvyšuje pevnost a tvrdost betonu. Kromě toho hlinitan sodný chrání kování položená v roztoku před korozí.

Těžba hliníku

Metal uzavírá první tři nejčastější na Zemi. To vysvětluje jeho dostupnost a široké použití. Příroda však člověku ve své čisté podobě nedává element. Hliník musí být izolován z různých sloučenin. Především 13. prvek v bauxitu. Jedná se o jílovité skály soustředěné hlavně v tropické zóně.

Bauxity se rozdrtí, poté se suší, znovu rozdrtí a rozemele v přítomnosti malého objemu vody. Ukázalo se, že je to hustá hmota. Zahřívá se párou. Současně se většina, se kterou bauxity také nejsou chudí, vypařuje. Oxid 13. kovu zůstává.

Je umístěn v průmyslových vanách. Obsahují již roztavený kryolit. Teplota se udržuje kolem 950 stupňů Celsia. Je také zapotřebí elektrický proud alespoň 400 kA. To znamená, že elektrolýza se používá stejně jako před 200 lety, když byl prvek izolován Charlesem Hallem.

Proud prochází horkým roztokem a přerušuje vazby mezi kovem a kyslíkem. Výsledkem je, že dno vany zůstává čisté hliník. Reakcekonec. Proces je ukončen odléváním ze sraženiny a jejich odesláním spotřebiteli nebo pomocí různých slitin k formování.

Hlavní výroba hliníku se nachází na stejném místě jako bauxitová ložiska. V popředí - Guinea. Ve svých útrobách je ukryto téměř 8 000 000 tun 13. prvku. Austrálie je na druhém místě s ukazatelem 6 000 000. V Brazílii je hliník již dvakrát nižší. Globální rezervy se odhadují na 29 000 000 tun.

Cena hliníku

Za tunu hliníku požadují téměř 1 500 USD. Toto jsou údaje z výměn neželezných kovů 20. ledna 2016. Náklady jsou stanoveny hlavně průmyslníky. Přesněji řečeno, cena hliníku je ovlivněna jejich poptávkou po surovinách. Náklady na elektřinu ovlivňují také požadavky dodavatelů, protože výroba 13. prvku je energeticky náročná.

Ostatní ceny jsou stanoveny pro hliník. Jde do tavírny. Náklady jsou hlášeny za kilogram, navíc povaha předávaného materiálu.

Takže pro elektrický kov dávají asi 70 rublů. U potravinářského hliníku můžete získat o 5 až 10 rublů méně. Platí stejnou částku za motorový kov. Pokud je odrůda pronajata, její cena je 50 - 55 rublů za kilogram.

Nejlevnější druh šrotu jsou hliníkové hobliny. Pro to se podaří získat pouze 15-20 rublů. O něco více bude dáno z 13. prvku. To se týká nádob na nápoje, konzervy.

Nízkohodnotné a hliníkové radiátory. Cena za kilogram šrotu je asi 30 rublů. Jedná se o průměry. V různých oblastech je hliník v různých bodech dražší nebo levnější. Náklady na materiály často závisí na dodaných objemech.

(Al), gallium (Ga), indium (In) a thallium (Tl).

Jak je vidět z výše uvedených údajů, všechny tyto prvky byly otevřeny v roce 2005XIX století.

Objev kovů hlavní podskupiny III skupiny

V	Al	Ga	V	Tl
1806 g	1825	1875	1863	1861
G. Lussac,	G.H. Oersted	L. de Bouabodran	F. Reich,	W. Crookes
L. Tenard	(Dánsko)	(Francie)	I. Richter	(Anglie)
(Francie)			(Německo)

Bor je nekov. Hliník je přechodný kov a gallium, indium a thallium jsou plné kovy. S rostoucími poloměry atomů prvků každé skupiny periodického systému se tak zvyšují kovové vlastnosti jednoduchých látek.

V této přednášce se podrobněji podíváme na vlastnosti hliníku.

1. Pozice hliníku v tabulce D. I. Mendeleeva. Struktura atomu, stupeň oxidace.

Hliníkový prvek je umístěn vIII skupina, hlavní podskupina "A", 3 periody periodického systému, sériové číslo 13, relativní atomová hmotnostAr (Al ) \u003d 27. Jeho sousedem nalevo v tabulce je hořčík - typický kov a na pravé straně - křemík - je již nekovový. Proto musí hliník vykazovat určité meziprodukty a jeho sloučeniny jsou amfoterní.

Al +13) 2) 8) 3, p je prvek,

Základní stav

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1

Vzrušený stav

1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 3p 2

Hliník vykazuje oxidační stav +3 ve sloučeninách:

Al 0 - 3 e - → Al +3

2. Fyzikální vlastnosti

Volný hliník je stříbro-bílý kov s vysokou teplotou a elektrickou vodivostí.Teplota tání 650 Al Al Hliník má nízkou hustotu (2,7 g / cm3) - asi třikrát nižší než u železa nebo mědi a současně je to silný kov.

3. Být v přírodě

Prevalence v přírodě trvá 1. mezi kovy a 3. mezi prvkysekunda pouze na kyslík a křemík. Procento hliníku v zemské kůře podle různých vědců je od 7,45 do 8,14% z hmotnosti zemské kůry.

V přírodě se hliník vyskytuje pouze ve sloučeninách (minerály).

Některé z nich:

· Bauxity - Al 2 O 3 H 2 O (s nečistotami SiO 2, Fe 2 O 3, CaCO 3)

· Nepheline - KNa 3 4

· Alunity - KAl (S04) 2 2Al (OH) 3

· Alumina (směs kaolinu s pískem SiO 2, vápenec CaCO 3, magnezit MgCO 3)

· Korund - AI203

· Živec (ortoklas) - K 2 O × AI 2O 3 × 6SiO 2

· Kaolinite - AI203 × 2SiO2 × 2H20

· Alunite - (Na, K) 2SO 4 x AI 2 (S04) 3 x 4Al (OH) 3

· Beryl - 3ВеО Al 2 О 3 6SiO 2

Bauxit
Al203	Korund
	Ruby
	Sapphire

4. Chemické vlastnosti hliníku a jeho sloučenin

Hliník snadno reaguje s kyslíkem za normálních podmínek a je potažen oxidovým filmem (dává matný povrch).

OXIDOVÁ FILMOVÁ DEMONSTRACE

Jeho tloušťka je 0,00001 mm, ale díky tomu hliník nekoroduje. Pro studium chemických vlastností hliníku se oxidový film odstraní. (Použití brusného papíru nebo chemicky: nejprve ponořením do alkalického roztoku k odstranění oxidového filmu a poté do roztoku solí rtuti za vytvoření slitiny hliníku amalgamu s rtutí).

Já. Interakce s jednoduchými látkami

Již při pokojové teplotě hliník aktivně reaguje se všemi halogeny a vytváří halogenidy. Při zahřívání interaguje se sírou (200 ° C), dusíkem (800 ° C), fosforem (500 ° C) a uhlíkem (2000 ° C), s jodem v přítomnosti katalyzátoru - vody:

2A 1 + 3 S \u003d A 1 2 S 3 (sulfid hlinitý),

2Al + N2 \u003d 2A1N (nitrid hliníku),

A l + P \u003d A l P (fosforečnan hlinitý),

4A l + 3C \u003d A14 C 3 (karbid hliníku).

2 Al +3 I 2 \u003d 2 Al I 3 (jodid hlinitý) ZKUŠENOSTI

Všechny tyto sloučeniny jsou zcela hydrolyzovány za vzniku hydroxidu hlinitého, a tedy sirovodíku, amoniaku, fosfinu a metanu:

AI2S3 + 6H20 \u003d 2Al (OH) 3 + 3H2S

Al4C3 + 12H20 \u003d 4Al (OH) 3 + 3CH4

Ve formě hoblin nebo prášku hoří jasně na vzduchu a uvolňuje velké množství tepla:

4Al + 3O2 \u003d 2A1203 + 1676 kJ.

Hoření hliníku ve vzduchu

ZKUŠENOSTI

II. Interakce s komplexními látkami

Interakce s vodou :

2AI + 6H20 \u003d 2AI (OH) 3 +3 H2

žádný oxidový film

ZKUŠENOSTI

Interakce s oxidy kovů:

Hliník je dobrým redukčním činidlem, protože je jedním z aktivních kovů. Je to v řadě činností bezprostředně po kovech alkalických zemin. Proto obnovuje kovy z jejich oxidů . Taková reakce - aluminotermie - se používá k získání čistých vzácných kovů, například wolframu, vanadu atd.

3 Fe304 +8AI \u003d 4AI203 +9 Fe +Q

Termitová směs Fe 3 O 4 a Al (prášek) se používá také při svařování termitů.

2r 2 О 3 + 2А l \u003d 2Сr + А l 2 О 3

Kyselinová interakce :

S roztokem kyseliny sírové: 2 AI + 3 H2S04 \u003d AI2 (S04) 3 +3 H2

Při studené koncentraci síra a dusík nereagují (pasiváty). Kyselina dusičná se proto transportuje v hliníkových nádržích. Při zahřátí je hliník schopen tyto kyseliny obnovit bez vývoje vodíku:

2Al + 6H20S04 (konc.) \u003d A12 (S04) 3 + 3S02 + 6H20,

A l + 6H NO 3 (konc.) \u003d Al (NO 3) 3 + 3 NO 2 + 3 H 2 O.

Alkalická interakce .

2 Al + 2 NaOH + 6 H20 \u003d 2 Na [ Al (OH) 4 ] +3 H2

ZKUŠENOSTI

Na[Al(OH) 4] – tetrahydroxoaluminát sodný

Na návrh chemika Gorbova byla v rusko-japonské válce tato reakce použita k výrobě vodíku pro balónky.

S solnými roztoky:

2 Al + 3 CuS04 \u003d Al2 (S04) 3 + 3 Cu

Pokud je povrch hliníku otřen solí rtuti, pak nastane reakce:

2 Al + 3 Hgcl 2 = 2 AlCl 3 + 3 Hg

Uvolněná rtuť rozpouští hliník za vzniku amalgámu .

Detekce iontů hliníku v roztocích : ZKUŠENOSTI

5. Použití hliníku a jeho sloučenin

Fyzikální a chemické vlastnosti hliníku vedly k jeho rozsáhlému použití v technologii. Hlavním spotřebitelem hliníku je letecký průmysl.: 2/3 letadlo sestává z hliníku a jeho slitin. Ocelové letadlo by bylo příliš těžké a mohlo by přepravovat mnohem méně cestujících. Proto se hliník nazývá okřídlený kov. Kabely a vodiče jsou vyrobeny z hliníku: se stejnou elektrickou vodivostí je jejich hmotnost dvakrát nižší než odpovídající měděné výrobky.

Vzhledem k odolnosti hliníku vůči korozi vyrobit části přístrojů a nádob na kyselinu dusičnou. Hliníkový prášek je základem při výrobě stříbrné barvy k ochraně železných výrobků před korozí a také k odrážení tepelných paprsků této barvy, která se používá ve skladovacích zařízeních oleje a hasičských oblecích.

Alumina se používá k výrobě hliníku a žáruvzdorného materiálu.

Hydroxid hlinitý je hlavní složkou známých léčiv maaloxu, almagelu, které snižují kyselost žaludeční šťávy.

Soli hliníku jsou vysoce hydrolyzovány. Tato vlastnost se používá v procesu čištění vody. Do čištěné vody se přidá síran hlinitý a malé množství haseného vápna, aby se neutralizovala vytvořená kyselina. V důsledku toho se uvolní objemná sraženina hydroxidu hlinitého, která se usazením usadí a suspenduje částice zákalu a bakterií.

Síran hlinitý je tedy koagulant.

6. Výroba hliníku

1) Moderní, nákladově efektivní způsob výroby hliníku vynalezl American Hall a French Eru v roce 1886. Spočívá v elektrolýze roztoku oxidu hlinitého v roztaveném kryolitu. Roztavený kryolit Na3AlF6 rozpouští A1203, stejně jako voda rozpouští cukr. K elektrolýze „roztoku“ aluminy v roztaveném kryolitu dochází, jako by byl kryolit pouze rozpouštědlem a alumina byla elektrolyt.

2Al 2 O 3 elektrický proud → 4Al + 3O 2

V anglické encyklopedii pro chlapce a dívky začíná článek o hliníku následujícími slovy: „23. února 1886 se v dějinách civilizace začal nový kovový věk - věk hliníku. V ten den přišel do laboratoře svého prvního učitele Charles Hall, 22letý chemik, s tuctem malých kuliček stříbrně bílého hliníku v ruce a se zprávou, že našel způsob, jak tento kov levně a ve velkém množství vyrobit. “ Hall se tak stal zakladatelem amerického hliníkářského průmyslu a anglosaským národním hrdinou, jako muže, který z vědy udělal skvělý obchod.

2) 2Al203 +3 C \u003d 4AI + 3C02

TENTO ZÁJEM:

Hliníkový kov byl poprvé identifikován v roce 1825 dánským fyzikem Hansem Christianem Oerstedem. Tím, že Oersted prošel plynným chlorem přes vrstvu horkého oxidu hlinitého smíchaného s uhlí, izoloval chlorid hlinitý bez stopy vlhkosti. Aby Oersted obnovil kovový hliník, potřeboval k léčbě chloridu hlinitého amalgámem draselným. Po dvou letech německý chemik Friedrich Wöller. Zlepšil tuto metodu nahrazením amalgamu draselného čistým draslíkem.
V 18. až 19. století byl hliník hlavním kovovým šperkem. V roce 1889 dostal D.I. Mendeleev v Londýně cenný dárek za své zásluhy ve vývoji chemie - váhy vyrobené ze zlata a hliníku.
V roce 1855 vyvinul francouzský vědec Saint-Clair Deville metodu výroby kovového hliníku v technickém měřítku. Metoda však byla velmi drahá. Deville požíval zvláštní ochranu Napoleona III, francouzského císaře. Jako projev své oddanosti a vděčnosti Deville stvořil syna Napoleona, novorozeného prince, elegantně vyryto chrastítko - první „spotřební zboží“ vyrobené z hliníku. Napoleon dokonce zamýšlel vybavit své stráže hliníkovými cuirassy, \u200b\u200bale cena byla neúnosná. V té době měl 1 kg hliníku hodnotu 1 000 značek, tj. 5krát dražší než stříbro. Teprve po vynálezu elektrolytického procesu se hliník stal stejnou hodnotou jako běžné kovy.
Věděli jste však, že hliník vstupující do lidského těla způsobuje poruchu nervového systému a jeho přebytek je metabolismus narušen. Ochranným činidlem je vitamin C, sloučenina vápníku, zinku.
Při spalování hliníku v kyslíku a fluoru se uvolňuje velké množství tepla. Používá se proto jako přísada do raketového paliva. Raketa Saturn během letu spaluje 36 tun hliníkového prášku. Myšlenka používat kovy jako součást raketového paliva byla poprvé vyjádřena F. A. Zanderem.

SIMULÁTORY

Simulátor č. 1 - Charakterizace hliníku podle pozice v periodické tabulce prvků D. I. Mendeleev

Trenér č. 2 - Rovnice reakcí hliníku s jednoduchými a složitými látkami

Cvičební stroj č. 3 - Chemické vlastnosti hliníku

PRACOVNÍ MÍSTA PRO PŘIPOJENÍ

Č. 1. Pro získání hliníku z chloridu hlinitého lze jako redukční činidlo použít kovový vápník. Vytvořte rovnici pro tuto chemickou reakci, charakterizujte tento proces pomocí elektronické váhy.
Přemýšlej! Proč nemůže být tato reakce prováděna ve vodném roztoku?

Č. 2. Dokončete chemickou rovnici:
Al + H2S04 (roztok ) ->
Al + CuCl2 -\u003e
Al + HNO 3 (konc ) - t -\u003e
Al + NaOH + H20 -\u003e

Číslo 3. Transformace:
Al -\u003e AlCl3 -\u003e Al -\u003e Al 2S3 -\u003e Al (OH) 3 - t -\u003e Al 2 O 3 -\u003e Al

Číslo 4. Vyřešte problém:
Slitina hliníku a mědi byla při zahřívání ovlivněna přebytkem koncentrovaného roztoku hydroxidu sodného. Vystoupilo 2,24 litru plynu (n.o.). Vypočítejte procentuální složení slitiny, pokud její celková hmotnost byla 10 g?

Definice

Hliník - Třináctý prvek periodické tabulky. Označení - Al z latinského „hliníku“. Nachází se ve třetím období, skupina IIIA. Týká se kovů. Základní poplatek je 13.

Hliník je nejběžnějším kovem v zemské kůře. Je součástí jílů, živců, slídy a mnoha dalších minerálů. Celkový obsah hliníku v zemské kůře je 8% (hmot.).

Hliník je stříbro-bílý (obr. 1) lehký kov. Snadno se zatáhne do drátu a navine se na tenké plechy.

Při pokojové teplotě se hliník nemění ve vzduchu, ale pouze proto, že jeho povrch je pokryt tenkou vrstvou oxidu, který má velmi silný ochranný účinek.

Obr. 1. Hliník. Vzhled

Atomová a molekulární hmotnost hliníku

Relativní molekulová hmotnost látky (M r) je číslo, které ukazuje, kolikrát je hmotnost dané molekuly větší než 1/12 hmotnosti atomu uhlíku, a relativní atomová hmotnost prvku (A r) - kolikrát je průměrná hmotnost atomů chemického prvku více než 1/12 hmotnosti atomu uhlíku.

Protože hliník ve volném stavu existuje ve formě monatomických molekul Al, jeho atomová a molekulová hmotnost se shodují. Jsou rovni 26,9815.

Izotopy hliníku

Je známo, že v přírodě může být hliník ve formě jednoho stabilního izotopu 27AI. Hmotnostní číslo je 27. Jádro atomu izotopu hliníku 27 Al obsahuje třináct protonů a čtrnáct neutronů.

Existují radioaktivní izotopy hliníku s hmotnostními čísly od 21. do 42., z nichž nejživotnější je izotop 26 Al, jehož poločas rozpadu je 720 tisíc let.

Hliníkové ionty

Na vnější energetické úrovni atomu hliníku jsou tři elektrony, které jsou valenční:

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1.

V důsledku chemické interakce se hliník vzdává svých valenčních elektronů, tj. je jejich dárcem a mění se v kladně nabitý ion:

Al 0 -3e → Al 3+.

Molekula a atom hliníku

Ve volném stavu existuje hliník ve formě monatomických molekul Al. Zde jsou některé vlastnosti, které charakterizují atom a molekulu hliníku:

Hliníkové slitiny

Hlavním použitím hliníku je výroba slitin na něm založených. Legovací přísady (například měď, křemík, hořčík, zinek, mangan) se zavádějí do hliníku hlavně pro zvýšení jeho pevnosti.

Duralum obsahující měď a hořčík, siluminy, ve kterých je hlavní přísadou křemík, magnalium (slitina hliníku s 9,5 - 11,5% hořčíku).

Hliník je jednou z nejčastějších přísad do slitin na bázi mědi, hořčíku, titanu, niklu, zinku a železa.

Příklady řešení problémů

PŘÍKLAD 1

Úkol

Pro svařování kolejnic metodou aluminotermie se používá směs hliníku a oxidu železitého Fe304. Pokud se při tvorbě železa o hmotnosti 1 kg (1 000 g) uvolní 6340 kJ tepla, vytvořte termochemickou rovnici pro reakci.

Řešení

Napíšeme rovnici pro reakci výroby železa aluminotermickou metodou:

8Al + 3Fe203 \u003d 9Fe + 4Al203.

Najděte teoretickou hmotnost železa (vypočteno termochemickou rovnicí reakce):

n (Fe) \u003d 9 mol;

m (Fe) \u003d n (Fe) × M (Fe);

m (Fe) \u003d 9 x 56 \u003d 504 g.

Nechte během reakce uvolnit teplo x kJ. Skládáme poměr:

1000 g - 6340 kJ;

504 g - x kJ.

Od této chvíle bude x rovno:

x \u003d 540 × 6340/1000 \u003d 3195.

To znamená, že během reakce výroby železa je aluminotermickou metodou uvolňováno 3195 kJ tepla. Termochemická reakční rovnice má tvar:

8Al + 3Fe203 \u003d 9Fe + 4Al203 + 3195 kJ.

Odpověď

Během reakce se uvolní 3195 kJ tepla.

PŘÍKLAD 2

Úkol

Na hliník se působilo 200 g 16% roztoku kyseliny dusičné a uvolnil se plyn. Určete hmotnost a objem uvolněného plynu.

Řešení

Napíšeme rovnici pro reakci rozpouštění hliníku v kyselině dusičné:

2Al + 6HNO3 \u003d 2Al (N03) 3 + 3H2-.

Vypočítáme hmotnost rozpuštěné látky kyseliny dusičné:

m (HNO 3) \u003d m roztok (HNO 3) x hm (HNO 3) / 100%;

m (HN03) \u003d 20 x 96% / 100% \u003d 19,2 g.

Najděte množství kyseliny dusičné:

M (HN03) \u003d Ar (H) + Ar (N) + 3 x Ar (O) \u003d 1 + 14 + 3 x 16 \u003d 63 g / mol.

n (HNO 3) \u003d m (HNO 3) / M (HNO 3);

n (HN03) \u003d 19,2 / 63 \u003d 0,3 mol.

Podle reakční rovnice n (HNO 3): n (H2) \u003d 6: 3, tj.

n (H2) \u003d 3 x n (HNO 3) / 6 \u003d 1 x x n (HNO 3) \u003d 1 x 0,3 \u003d 0,15 mol.

Potom se hmotnost a objem uvolněného vodíku rovná:

M (H2) \u003d 2 x Ar (H) \u003d 2 x 1 \u003d 2 g / mol.

m (H2) \u003d n (H2) x M (H2) \u003d 0,15 x 2 \u003d 0,3 g.

V (H2) \u003d n (H2) × V m;

V (H2) \u003d 0,15 × 22,4 \u003d 3,36 L.

Odpověď

Reakcí se získá vodík o hmotnosti 0,3 g a objemu 3,36 litru.

Vlastnosti 13 Al.

Atomová hmota	26,98	clark, v.% (prevalence v přírodě)	5,5
Elektronická konfigurace *		Stav agregace (n.a.).	pevná látka
	0,143	Barva	stříbrná bílá
	0,057		695
Ionizační energie	5,98		2447
Relativní elektronegativita	1,5	Hustota	2,698
Možné oxidační stavy	1, +2,+3	Standardní elektrodový potenciál	1,69

* Je uvedena konfigurace vnějších elektronických úrovní atomu prvku. Konfigurace zbývajících elektronických úrovní se shoduje s konfigurací ušlechtilého plynu, který dokončuje předchozí období a je uveden v závorkách.

Hliník - hlavní zástupce kovů hlavní podskupiny skupiny III periodického systému. Vlastnosti jeho analogů jsou gallium, Indie a thallium - v mnoha ohledech se podobají vlastnostem hliníku, protože všechny tyto prvky mají stejnou elektronickou konfiguraci na vnější úrovni ns 2 np 1 a proto všechny vykazují oxidační stav 3+.

Fyzikální vlastnosti.Hliník je stříbro-bílý kov s vysoká tepelná a elektrická vodivost. Kovový povrch je potažen tenkou, ale velmi silnou vrstvou oxidu hlinitého Al 2 Oz.

Chemické vlastnosti.Hliník je velmi aktivní, pokud neexistuje ochranný film Al 2 Oz. Tento film zabraňuje interakci hliníku s vodou. Pokud odstraníte ochranný film chemicky (například alkalickým roztokem), začne kov intenzivně interagovat s vodou a uvolňovat vodík:

Hliník ve formě hoblin nebo prášku hoří jasně na vzduchu a uvolňuje velké množství energie:

Tato vlastnost hliníku je široce používána k získání různých kovů jejich oxidů redukcí pomocí hliníku. Metoda se nazývá aluminotermie . Aluminotermii lze získat pouze ty kovy, ve kterých je teplo tvorby oxidů menší než teplo tvorby Al 2 Oz, například:

Při zahřívání hliník reaguje s atomy síry, dusíku a uhlíku, přičemž se tvoří halogenidy:

Sulfid a karbid hliníku jsou zcela hydrolyzovány tvorbou hydroxidu hlinitého, respektive sirovodíku a methanu.

Hliník je snadno rozpustný v kyselině chlorovodíkové jakékoli koncentrace:

Koncentrované kyseliny sírové a dusičné v chladu nepůsobí na hliník (pasivát). V topení hliník je schopen tyto kyseliny redukovat bez vývoje vodíku:

V zředěný kyselina sírová rozpouští hliník s uvolňováním vodíku:

V zředěný kyselina dusičná, reakce probíhá uvolněním oxidu dusnatého (II):

Hliník se rozpustí v roztocích alkalických kovů a uhličitanů alkalických kovů tetrahydroxoalumináty:

Alumina. Al 2 O 3 má 9 krystalických modifikací. Nejběžnější a je modifikace. Je to nejvíce chemicky inertní, na jeho základě se jednotlivé krystaly různých kamenů pěstují pro použití v klenotnickém průmyslu a technologii.

V laboratoři se oxid hliníku získává spalováním hliníkového prášku v kyslíku nebo kalcinací jeho hydroxidu:

Alumina je amfoterní může reagovat nejen s kyselinami, ale také s alkáliemi, a také při fúzi s uhličitany alkalických kovů metaalumináty:

as kyselými solemi:

Hydroxid hlinitý - bílá želatinová látka, prakticky nerozpustná ve vodě, která má amfoterní vlastnosti. Hydroxid hlinitý může být získán zpracováním solí hliníku alkálií nebo hydroxidem amonným. V prvním případě je nutné se vyhnout přebytku alkálie, protože jinak se hydroxid hlinitý rozpouští za tvorby komplexu tetrahydroxoalumináty [Al (OH) 4] ":

Ve skutečnosti se poslední reakce tvoří tetrahydroxodiaquaaluminate ionty`, nicméně, obyčejně zjednodušená forma [Al (OH) 4] 'je obvykle používán zaznamenávat reakce. Při slabém okyselení se ničí tetrahydroxoalumináty:

Soli hliníku. Téměř všechny soli hliníku lze získat z hydroxidu hlinitého. Téměř všechny soli hliníku a silné kyseliny jsou vysoce rozpustné ve vodě a jsou silně hydrolyzovány.

Halogenidy hliníku jsou vysoce rozpustné ve vodě a ve své struktuře jsou dimery:

2AlCl3 + Al 2Cl 6

Síran hlinitý se snadno stejně jako všechny jeho soli hydrolyzují:

Kamenec draselný-hliník je také známý: KAl (S04) 2H 12H20.

Octan hlinitý Al (CH3COO) 3 používá se v medicíně jako pleťové vody.

Hlinitokřemičitany.V přírodě se hliník vyskytuje ve formě sloučenin s kyslíkem a křemičitohlinitokřemičitany. Jejich obecný vzorec: (Na, K) 2AI2SÍ208 nefelin.

Také přírodní sloučeniny hliníku jsou: Al203 - korund, alumina; a sloučeniny s obecnými vzorci AI203HnH20 a Al (OH) 3H nH20 - bauxity.

Příjem. Hliník se získá elektrolýzou taveniny AI203.

Hliník

Hliník - chemický prvek skupiny III periodické tabulky (atomové číslo 13, atomová hmotnost 26,98154). Ve většině sloučenin je hliník trojmocný, ale při vysokých teplotách může také vykazovat oxidační stav +1. Ze sloučenin tohoto kovu je nejdůležitější oxid Al203.

Hliník - stříbro-bílý kov, světlo (hustota 2,7 g / cm 3), tažné, dobrý vodič elektřiny a tepla, teplota tání 660 ° C Snadno se zatáhne do drátu a navine se na tenké plechy. Hliník je chemicky aktivní (na vzduchu je potažen ochranným oxidovým filmem - oxidem hlinitým.) Spolehlivě chrání kov před další oxidací. Pokud je ale hliníkový prášek nebo hliníková fólie velmi horká, kov hoří oslňujícím plamenem a mění se na oxid hlinitý. Hliník se rozpouští i ve zředěné kyselině chlorovodíkové a kyseliny sírové, zejména při zahřívání. Ve vysoce zředěné a koncentrované studené kyselině dusičné se hliník nerozpouští. Když vodné alkalické roztoky působí na hliník, oxidová vrstva se rozpustí a vytvoří se hlinitany - soli obsahující hliník v aniontu:

AI203 + 2NaOH + 3H20 \u003d 2Na.

Hliník, postrádající ochranný film, interaguje s vodou a vytlačuje z něj vodík:

2Al + 6H20 \u003d 2Al (OH) 3 + 3H2

Výsledný hydroxid hlinitý reaguje s přebytkem zásady za vzniku hydroxoaluminátu:

Al (OH) 3 + NaOH \u003d Na.

Celková rovnice pro rozpuštění hliníku ve vodném alkalickém roztoku má následující formu:

2Al + 2NaOH + 6H20 \u003d 2Na + 3H2.

Hliník aktivně interaguje s halogeny. Hydroxid hlinitý Al (OH) 3 je bílá, průsvitná, želatina.

Zemská kůra obsahuje 8,8% hliníku. Jedná se o třetí nejhojnější prvek v přírodě po kyslíku a křemíku a první mezi kovy. Je součástí jílů, živců a slídy. Je známo několik set Al minerálů (aluminosilikáty, bauxity, alunity a další). Nejdůležitější minerál hliníku - bauxitu obsahuje 28-60% aluminy - oxidu hlinitého Al 2 O 3.

Ve své čisté formě byl hliník poprvé získán dánským fyzikem H. Oerstedem v roce 1825, i když se jedná o nejběžnější kov v přírodě.

Výroba hliníku se provádí elektrolýzou oxidu hlinitého Al203 v roztaveném kryolitu NaAlF4 při teplotě 950 ° C.

Hliník se používá v letectví, stavebnictví, zejména ve formě slitin hliníku s jinými kovy, v elektrotechnice (náhrada mědi při výrobě kabelů atd.), V potravinářském průmyslu (fólie), hutnictví (legovací přísada), aluminotermii atd.

Hustota hliníku, měrná hmotnost a jiné vlastnosti.

Hustota -2,7*10 3 kg / m 3 ;
Specifická gravitace -2,7 g/ cm 3;
Měrné teplo při 20 ° C -0,21 cal / krupobití;
Bod tání -658,7 ° C;
Měrné teplo tání -76,8 cal / krupobití;
Bod varu -2000 ° C;
Relativní změna objemu během tavení (ΔV / V) -6,6%;
Koeficient lineární expanze (při teplotě asi 20 ° C) : - 22,9 * 106 (1 / stupeň);
Tepelná vodivost hliníku -180 kcal / m * hodina * město;

Moduly pružnosti hliníku a Poissonův poměr

Odraz světla hliníkem

Čísla uvedená v tabulce ukazují, jaký podíl světla v% dopadajícího kolmo na povrch se z něj odráží.

Oxid hlinitý Al 2 O 3

Alumina Al 2 O 3Také se nazývá alumina, vyskytuje se v přírodě v krystalické formě a tvoří minerální korund. Korund má velmi vysokou tvrdost. Jeho průhledné krystaly, malované červeně nebo modře, jsou drahokamy - rubín a safír. V současné době se rubíny získávají umělým legováním s oxidem hlinitým v elektrické peci. Používají se nejen pro šperky, ale pro technické účely, například pro výrobu dílů přesných nástrojů, kamenů ve hodinkách atd. Ruby krystaly obsahující malou příměs Cr203 se používají jako lasery jako kvantové generátory, které vytvářejí směrovaný paprsek monochromatického záření.

Jako abrazivní materiály se používají korund a jeho jemnozrnná odrůda obsahující velké množství nečistot - smirkových.

HLINÍKOVÁ VÝROBA

Hlavní surovina pro výroba hliníku podáváme bauxit obsahující 32-60% aluminy Al 2 O 3. Alunit a nefelin jsou také důležitými hliníkovými rudami. Rusko má významné zásoby hliníkových rud. Kromě bauxitů, jejichž velká ložiska se nacházejí v Uralu a v Bashkirii, je bohatým zdrojem hliníku také těžba nefelinu na poloostrově Kola. Spousta hliníku se také nachází v ložiskách na Sibiři.

Hliník se získává z aluminy Al 2 O 3 elektrolytickým způsobem. Alumina použitá pro tento účel by měla být dostatečně čistá, protože nečistoty se odstraňují s velkými obtížemi z taveného hliníku. Čištěný AI203 se získá zpracováním přírodního bauxitu.

Hlavním výchozím materiálem pro výrobu hliníku je oxid hlinitý. Nevádí elektrický proud a má velmi vysokou teplotu tání (asi 2050 ° C), takže je zapotřebí příliš mnoho energie.

Je nutné snížit teplotu tání oxidu hlinitého alespoň na 1000 o C. Tuto metodu našli současně Francouzi P. Eru a American C. Hall. Zjistili, že alumina je vysoce rozpustná v roztaveném kryolitu, minerálu složení AlF3. 3NaF. Tato tavenina se při výrobě hliníku podrobí elektrolýze při teplotě pouze asi 950 ° C. Rezervy kryolitu v přírodě jsou zanedbatelné, proto byl vytvořen syntetický kryolit, který výrazně snížil náklady na výrobu hliníku.

Roztavená směs kryolitu Na3 a aluminy se hydrolyzuje. Směs obsahující asi 10% hmotnostních AI203 taje při 960 ° C a má elektrickou vodivost, hustotu a viskozitu, které jsou pro proces nejvýhodnější. Pro další zlepšení těchto charakteristik se ke směsi přidají AlF3, CaF2 a MgF2. Díky tomu je při 950 ° C možná elektrolýza.

Hliníková huť je železné pouzdro z vnitřní strany žáruvzdorné cihly. Jeho dno (pod), sestavené z bloků stlačeného uhlí, slouží jako katoda. Anody (jedna nebo více) jsou umístěny nahoře: jedná se o hliníkové rámy naplněné uhelnými briketami. V moderních továrnách jsou elektrolyzéry instalovány v sérii; každá série se skládá ze 150 a více elektrolyzérů.

Během elektrolýzy se na katodě uvolňuje hliník a na anodě se uvolňuje kyslík. Hliník, který má vyšší hustotu než původní tavenina, se shromažďuje na dně konfliktní komory, odkud se periodicky uvolňuje. Když se kov vysráží, do taveniny se přidávají nové dávky oxidu hlinitého. Kyslík uvolněný během elektrolýzy interaguje s uhlíkem anody, která hoří, a vytváří CO a CO2.

První závod na výrobu hliníku v Rusku byl postaven v roce 1932 ve Volchovu.

Hliníkové slitiny

Slitiny, zvýšení pevnosti a dalších vlastností hliníku, získejte přísady pro legování, jako je měď, křemík, hořčík, zinek, mangan.

Duralumin (duralumin, duralumin, od názvu německého města, kde začala průmyslová výroba slitiny). Slitina hliníku (báze) s mědí (Cu: 2,2 až 5,2%), hořčíkem (Mg: 0,2 až 2,7%) manganem (Mn: 0,2 až 1%). Je tvrzené a zrající, často potažené hliníkem. Jedná se o konstrukční materiál pro letecké a dopravní inženýrství.

Silumin - slitiny hliníku lehce litého s křemíkem (Si: 4-13%), někdy až 23% a některé další prvky: Cu, Mn, Mg, Zn, Ti, Be). Vyrábějí části složité konfigurace, zejména v automobilovém a leteckém průmyslu.

Magnalias - slitiny hliníku (základ) s hořčíkem (Mg: 1-13%) a dalších prvků s vysokou odolností proti korozi, dobrou svařitelností, vysokou tažností. Tvarované odlitky (slévárenské magnalie), plechy, dráty, nýty atd. Jsou vyráběny. (deformovatelné magnalie).

Hlavní předností všech hliníkových slitin je nízká hustota (2,5 - 2,8 g / cm3), vysoká pevnost (počítáno na jednotku hmotnosti), uspokojivá odolnost vůči atmosférické korozi, srovnávací nízké náklady a snadnost přípravy a zpracování.

Hliníkové slitiny se používají ve výrobě raket, letadel, automobilů, lodí a nástrojů, při výrobě nádobí, sportovních potřeb, nábytku, reklamy a dalších průmyslových odvětvích.

Z hlediska šířky aplikace zaujímají hliníkové slitiny druhé místo za ocelí a litinou.

Hliník je jednou z nejčastějších přísad ve slitinách na bázi mědi, hořčíku, titanu, niklu, zinku a železa.

Hliník je také používán pro aluminizace (aluminizace) - nasycení povrchu výrobků z oceli nebo litiny hliníkem za účelem ochrany základního materiálu před oxidací během silného zahřívání, tj. zvýšit tepelnou odolnost (až 1100 ° C) a odolnost vůči atmosférické korozi.