Тема 6 : Застосування алюмінію та його сполук
Перебування у природі й застосування
Алюміній – третій пораспространенности елемент після кисню і кремнію в земної корі. У природі є у основному у вигляді:
1)алюмосиликатов;
2) бокситів;
3) корунди;
4)глинозема.
Природні сполукиалюминия:а – боксит; б – корунд; в – рубін; р – сапфір.
Основні області застосування алюмінію та її сплавів
Алюміній використовується у виробництві дзеркал оптичних телескопів, в електротехніці, для сплавів (>дюралюмин, силумін) всамолето- і автомобілебудуванні, дляалитирования чавунних і сталевих виробів з метою підвищення їхкоррозионной стійкості, для термічної зварювання, щоб одержати рідкісних металів у вільному вигляді, у будівничій промисловості, виготовлення контейнерів, фольги тощо.
Глава II. Основні сполуки
Оксиди алюмінію
>Оксид алюмінію утворює кілька поліморфних різновидів, чи форм, мають однаковий хімічний склад, різне будова кристалічною грати та, отже, різні властивості. За виробництва глинозему найбільше значення мають дві з цих різновидів:–Al2>O3 (>альфа-глинозем чи корунд) і–Al2>O3 (>гамма-глинозем).
>Корунд – найбільш стійка формаглинозема; є у природою вигляді безбарвних чи забарвлених домішками кристалів, і навіть виходить штучно: при кристалізації розплавленого глинозему чи нагріваннігидроксидов алюмінію до високої температури.Кристаллизуется–Al2>O3 втригональной системі.Корунд хімічно стійкий але відношення до багатьом хімічним реагентам ірасплавам. Він надто повільно реагує з розчинами лугів і кислот навіть за високих температур.Корунд має високої твердістю (9 за шкалоюМооса), малогигроскопичен, тобто. не поглинає вологи при зберіганні. Щільність–Al2>O34г/см3, температура плавлення2050°С, температура кипіння близько3500°С. Теплота освіти–Al2>O3 за реакцією:
>2Alтв+1,5O2 газ =–Al2>O3
становить приблизно 1675кДж/моль, теплота плавлення 25кДж/моль, теплота випаровування приблизно 630кДж/моль.
>Гамма-глинозем має кристалічну грати кубічної системи. Залежно від температури отримання–Аl2>O3 кристалізується як іскритокристаллической (>високодисперсной), і уявнокристаллической формах. У природі–Al2>O3 не зустрічається, а утворюється під час нагріванніодноводногогидроксида алюмінію (>бемита) до 500 °З. При подальшому нагріванні–Al2>O3 перетворюється на–Al2>O3. Температура перетворення–Al2>O3 в
корунд залежить від хімічної природи стабілізуючого оксиду. Якщо стабілізуючим оксидом є вода, то перетворення відбувається у температурному інтервалі 850–1050 °З; у присутності оксиду літію–Al2>O3 перетворюється на–Al2>O3 за температури понад1500°С. Перетворення–Al2>O3 в–Al2>O3 супроводжується зменшенням обсягуиа 14,3 % і виділенням 92кДж/моль тепла.
На відміну від–Al2>O3,–Al2>O3 добре розчиняється як і кислотах, і у лугах. При 400–500 °З–Al2>O3 легко взаємодіє з фтористим воднем, створюючиAlF3.Скритокристаллический–Al2>O3 має великий здатністю поглинати вологу (сильногигроскопичен), і навіть інші речовини. Щільність–Al2>O3 3,42г/см3, теплота освіти 1583кДж/моль.
При кристалізації розплавленого глинозему, що містить домішки поєднанні лужних іщелочноземельних металів, може бути отримана – різновид оксиду алюмінію. Дослідженнями встановлено, що–Al2>O3 перестав бути чистим оксидом алюмінію, а є хімічну сполукуAl2>O3 з оксидами лужних іщелочноземельних металів (>Na2>O•11Al2>O3,CaO•6Al2>O3,BaO•6Al2>O3).Твердость і щільність–Al2>O3 менше, ніж корунду. При нагріванні до температури 1600–1700 °З відбувається розкладання–Al2>O3 і перетворення їх у–Al2>O3.
У літературі є також визначення про існування проміжних різновидів оксиду алюмінію, утворювані припрокаливаниигидроксидов алюмінію.
Технічний глинозем практично є сумішшю– і глинозему.Кристаллическая решітка глинозему має іонне будова – побудована зноновАl3+ і Про2-. Відомі сполуки алюмінію з киснем нижчою валентності, у яких алюмінії є одна- ідвухвалентним:Al2>O іАlO. Їх отримують при високих температур відновленням глинозему або за його термічному розкладанні.
Gt;Гидроксиди алюмінію
Є кілька різновидівгидроксидов алюмінію: діаспор,бемит,гиббсит,байерит,норстрандит.
>Диаспор ібемитAl2>O3•М2Про чиAlO(OH) –полиморфние різновидуодноводного оксиду алюмінію, зустрічаються у природі у складі бокситів, кристалізуються і ромбічної системи та можуть міститися у бокситах в кристалічною іскритокристаллической формах. Елементарна осередок кристалічною грати діаспора ібемита складається з іонівAl3+,ОH-, Про2-. Щільність діаспора 3,3 – 3,5г/см3,бемита 3г/см3. При температурі близько 500 °З діаспор ібемит втрачаютькристаллизационную воду, перетворюючись на безводний глинозем. У цьому діаспор перетворюється на–Al2>O3, абемит – в–Al2>O3:
>Al2>O3•H2>O (>бемит) +147,8кДж =–Al2>O3+H2>O,Al2>O3•H2>O (діаспор) +>133кДж =–Al2>O3 + H2>O.
У лужних розчинах діаспор ібемит розчиняються лише за високих температур, у своїй діаспор розчиняється значно нижчабемита.
>Гиббсит (>гидраргиллит) –трехводний оксид алюмініюAl2>O3•>3H2>O, чиAl(OH)3 є у природою складі бокситів і є проміжним продуктом під час виробництва глинозему лужними способами. У бокситахгиббсит перебуває у трьох модифікаціях: аморфною,скритокристаллической і кристалічною.
>Кристаллизуетсягиббсит в моноклінної системі; кристалічна решітка його побудована з іонівAl3+ і ВІН-. Щільністьгиббсита 2,3–2,4г/см3.
У звичайних умовахгиббсит – найбільш стійка формагидроксида алюмінію.
При нагріванні до 200–250 °Згиббсит втрачає дві молекуликристаллизационной води та перетворюється набемит
>Al2>O3•>3H2>O +152кДж =Al2>O3•H2>O (>бемит) +2H2>O .
При подальшому нагріваннібемит, як знаємо, перетворюється на-Al2>O3, який у часи чергу перетворюється на-Al2>O3. На думку багатьох дослідників, перетвореннягиббсита в-Al2>O3 – складніший процес, й відбувається за низку інших проміжних фаз.Гиббсит добре розчиняється в лугах і кислотах.
>Банерит має ті ж самі хімічну формулу, як ігиббсит. У природібайерит не зустрічається. Раз можна отримати, наприклад, при повільному пропущенні вуглекислого газу черезалюминатний розчин або за мимовільному розкладанні розчину при кімнатної температурі. Щільністьбаиерита 2,55г/см3.
>Байерит – збаламученуметастабильное з'єднання і за звичайної температурі перетворюється нагиббсит. З підвищенням температури, і навіть ступенядисперсности стійкістьбайерита зменшується. У лужних розчинахбайерит розчиняється кращегиббсита.
Відома ще третя модифікаціятрехводного оксиду алюмінію –нордстрандит, яка уперше було синтезована в 1956 р.Нордстрандит є прозорі кристали моноклінної системи. Щільністьнордстрандита 2,436г/см3.
При швидкому осадженнігидроксида алюмінію з сольових розчинів утворюється драглистий осад –алюмогель, яка має кристалічного будівлі, у якому дуже багато води та у якого високої хімічної активністю.Алюмогель, як ібанерит, хисткий і з часом перетворюється нагиббсит. Кристалізаціяалюмогеля відбувається повільно й супроводжуєтьсяобезвоживанием. Цей процес відбувається називають старіннямалюмогеля.Висушенний при 300–400 °Залюмогель має хорошимиадсорбционними властивостями.