Реферат: Алюминий и его сплавы

Алюминий (Aluminium )- химический элемент третьей группы периодической системы. Атомный номер 13, атомная масса 26,9815. Обозначается латинскими буквами Al .Это серебристо-белый металл, легкий (= 2,7 г/см³ ) , легкоплавкий (t_пл = 660,4 °С ), пластичный, легко вытягивается в проволоку и фольгу. Электропроводность алюминия довольно высока и уступает только серебру (Ag ) и меди (Cu )(в 2,3 раза больше чем у меди)

Алюминий находится практически везде на земном шаре так как его оксид (Al₂ O₃ )составляет основу глинозема.Алюминий в природе встречается в соединениях - его основные минералы:

· боксит - смесь минералов диаспора, бемита AlOOH , гидраргиллита Al(OH)₃ и оксидов других металлов - алюминиевая руда ;

· алунит - ( Na,K ) ₂ SO_{4 *} Al₂ (SO₄ )_{3 *} 4Al(OH)₃ ;

· нефелин - ( Na,K ) ₂ O _* Al₂ O_{3 *} 2SiO₂ ;

· корунд - Al₂ O₃ - прозрачные кристаллы;

· полевой шпат (ортоклаз) - K₂ O _* Al₂ O_{3 *} 6SiO₂ ;

· каолинит - Al₂ O_{3 *} 2SiO_{2 *} 2H₂ O - важнейшая составляющая часть глины

и другие алюмосиликаты, входящие в состав глин.

И хотя содержание его в земной коре 8,8% (для сравнения, например, железа в земной коре 4,65% - в два раза меньше), а по распространенности занимает третье место после кислорода (O ) кремния (Si ) в свободном состоянии впервые был получен в 1825 году Х. К. Эрстедом.

Немецкий химик Ф. Вёлер в 1827 получил алюминий при нагревании хлорида алюминия AlCl₃ со щелочными металлами калием (K ) и натрием (Na ) без доступа воздуха.

AlCl₃ + 3K  3KCl + Al

(Реакция протекает с выделением тепла).

Для промышленного применения этот способ неприменим из-за его экономической невыгодности, поэтому был разработан способ добычи алюминия из бокситов путем электролиза. Это весьма энергоемкое производство, поэтому заводы, производящие алюминий, как правило, располагаются недалеко от электростанций.

Алюминий отличается также своей химической активностью. Порошкообразный алюминий энергично сгорает на воздухе. Если поверхность алюминия потереть солью ртути (HgCl₂ ) , то произойдет следующая реакция

2Al + 3HgCl₂  2AlCl₃ + 3Hg

Выделившаяся ртуть растворяет алюминий с образованием сплава алюминия с ртутью - амальгаму, которая не удерживается на поверхности алюминия, поэтому, если результат этого опыта поместить в воду, то мы увидим бурную реакцию

2Al +6HOH  2Al(OH)₃  + 3H₃ 

Эта реакция говорит об очень высокой химической активности чистого алюминия.

Остается удивляться как посуда из алюминия не растворяется прямо у нас на глазах когда мы наливаем в неё воду.

Секрет подобного поведения алюминия прост - он настолько активен, что именно благодаря этой своей способности столь интенсивно окисляться постоянно покрыт плотной окисной пленкой Al₂ O₃ которая и препятствует его дальнейшему окислению.

Инертность оксида алюминия настолько велика, что покрытый им алюминий практически не реагирует с концентрированной и разбавленной азотной кислотой (HNO₃ ), с трудом взаимодействует с концентрированной и разбавленной серной кислотой (H₂ SO₄ ), не растворяется в ортофосфорной кислоте (H₃ PO₄ ). Хотя, даже при обычной температуре, реагирует с хлором (Cl₂ ) и бромом (Br₂ ) а при нагревании с фтором (F₂ ) , йодом(I₂ ) , серой(S ) , углеродом(C ) , азотом(N₂ ) , растворяется в растворах щелочей.

Оксид алюминия используют для получения некоторых марок цемента, для обработки поверхностей, так как он обладает высокой твердостью (разновидность оксида - корунд).

Оксид алюминия (глинозем) существует в нескольких кристаллических модификациях из которых устойчивы -форма и -форма. Но даже только одна форма -Al₂ O₃ в природе очень многолика - это и рубин и сапфир, лейкосапфир и др. - все это разновидности минерала корунд.

-Форма более химически активна, может существовать и аморфном состоянии но при 900 °С необратимо переходит в -форму.

Температура плавления оксида алюминия 2053 °С (а кипения вообще больше3000 °С ). Для сравнения - температура плавления самого алюминия 660,4 °С. Поэтому и возникали трудности с добычей алюминия, несмотря на его широкое распространение.

Оксид алюминия Al2O3 получают либо сжиганием алюминия путем вдувания порошка алюминия в пламя горелки,

4Al + 3O₂  2Al₂ O₃

либопревращением по схеме

Чистый алюминий добывается методом электролиза раствора глинозема в расплавленном криолите (6-8% Al₂ O₃ и 94-92% Na₃ AlF₆ )или электролизом AlCl₃ .

Гидрооксид алюминия Al(OH)₃ используется для крашения тканей, для изготовления керамики и как нейтрализующий агент[1] .

На практике очень широкое применение получил так называемый термит - смесь оксида железа Fe₃ O₄ с алюминием. При поджоге данной смеси с помощью магниевой ленты происходит бурная реакция с обильным выделением тепла.

8Al + 3Fe₃ O₄  4Al₂ O₃ + 9Fe

Данный процесс используют при сварке. Иногда для получения некоторых чистых металлов в свободном виде.

--> ЧИТАТЬ ПОЛНОСТЬЮ <--