Aliuminis ir jo lydiniai programa
5 (100%) 1 vote

Aliuminis ir jo lydiniai programa

Įvadas

ALIUMINIS – vienas iš labiausia paplitusių žemės plutos elementų: trečias po deguonies ir silicio ir pirmas iš metalų. Jis yra vienas iš gausiausių žemės plutos elementų ir sudaro 7,9% jos masės. Aliuminis gerai praleidžia šiluma ir elektros srovę: Jo elektrinis laidumas lygus maždaug 2/3 vario elektrinio laidumo. Aliuminis labai plastiškas Aliuminis yra sidabriškai baltos spalvos. Jis priklauso prie lengvųjų metalų – 2700 kg/m3. Lydymosi temperatūra yra gana žema (6590C); aliuminio folija lengvai lydosi degtuko liepsnoje.

Cheminėse reakcijose aliuminis atiduoda tris išorinio sluoksnio elektronus ir virsta teigiamuoju jonu Al+3, turinčiu tris krūvio vienetus. Todėl aliuminio oksidacijos laipsnis jo patvariuose junginiuose yra +3.

Įtampų eilėje aliuminis yra arti šarminių ir šarminių žemės metalų ir turėtų būti chemiškai aktyvus metalas. Ar tam neprieštarauja kasdieninė patirtis? Juk aliuminio induose kasdien virinamas vanduo ir verdamas maistas, ir niekas tiems indams neatsitinka. Susidaro įspūdis, kad nei deguonis, nei vanduo net ir virdamas, neveikia aliuminio.

Šio prieštaravimo priežastį padės išsiaiškinti bandymas. Nuožulniai įtvirtiname stove aliuminio vielą ir kaitiname apatinį jos galą degiklio liepsna . Įkaites vielos galas staiga nulinksta žemyn. Įsižiūrėjus galima pamatyti, kad aliuminio viela apsitraukė pusiau skaidria plėvele, kurios viduje išsilydęs aliuminis,blizgėdamas kaip sidabras, srūva žemyn ir išpučia apatinį plėvelės galą. Plėvelę sudaro aliuminio oksidas. Vadinasi, kaitinamas ore, aliuminis neužsidega, bet oksiduojasi iš paviršiaus ir virsta aliuminio oksidu Al2O3:

4Al + 3O2=2 Al2O3 + Q

Aliuminis jungiasi su atmosferos deguonimi ir normalioje temperatūroje. Jo paviršiuje tuoj pat susidaro plonytė, bet labai tanki aliuminio oksido plėvelė. Ji beveik nepraleidžia dujų ir apsaugo metalą nuo tolimesnio oksidavimosi.

Skutant aliuminį,nuo jo paviršiaus, be abejo, pašalina ir apsauginė plėvelė, bet vietoj jos tuoj pat susidaro pažeistame paviršiuje naujas oksido sluoksnis. Tirpinant aliuminį reagentuose, kurie neveikia jo oksido, pavyksta izoliuoti plėvelę plonyčių skaidrių plėvelių pavidalu.

Kad apsauginė plėvelė tikrai yra, galima įrodyti dar taip. Jei gabaliuką aliuminio panardysime į gyvsidabrį ir keliuose vietose aliuminį įbrėšime dilde, tai įbrėžimuose susidarys aliuminio amalgamas – jo lydinys su gyvsidabriu. Amalgamuotame aliuminio paviršiuje oksido plėvelė nesilaiko ir atšoka. Netekęs apsauginio sluoksnio, išimtas iš gyvsidabrio aliuminis greitai oksiduojasi, virsdamas baltu puriu aliuminio oksidu.

Dabar lengva paaiškinti aliuminio pasyvumą vandens atžvilgiu. Aliuminis nereaguoja su vandeniu todėl, kad dengianti jo paviršiu oksido plėvelė netirpsta vandenyje.

Jeigu šia plėvelę pašalinsime, nugramdydami aliuminį gyvsidabryje, ir po to panardinsime aliuminį į vandenį, tai jis energingai reaguos su vandeniu, išstumdamas iš jo vandenilį:

2Al + 6H2O=2Al(OH)3 + 3 H2

Aliuminio oksidas ir hidroksidas pasižymi amfoterinėmis savybėmis. Jie tirpsta rūgštyse, leisdami rūgščiai prieiti prie metalinio aliuminio.

Su koncentruota azoto rūgštimi, skirtingai negu su praskiesta, aliuminis normalioje temperatūroje nereaguoja. Todėl koncentruota azoto rūgštis laikoma aliuminio induose ir pervežama aliuminio cilindruose.

Įkaitintas aliuminis reaguoja su daugelio metalų oksidais, jų tarpe ir su geležies oksidais. Pastaruoju atveju susidaro geležis ir aliuminio oksidas:

8Al + 3Fe3O4=9Fe + 4Al2O3 + 3241kJ

Taigi aliuminis priklauso prie chemiškai aktyvių metalų ir jų tarpe užima vietą tuoj po šarminių ir šarminių žemės metalų.

Aliuminis gaunamas iš aliuminio rūdų: boksito, kaolinito, korundo.Gamtoje aliuminis randamas tik junginiuose. Svarbiausia mineralų grupė – putnagai. Tai vieni iš aliumosilikatų, kurie sudaro apie 50% Žemės plutos masės.

Aliuminis – vienas iš lengviausių metalų, jo lydiniai labai tvirti, nors grynas aliuminis yra gan trapus. Jis geras elektros ir šilumos laidininkas.

Aliuminio istorija

Nors aliuminis yra vienas iš gausiausių žemės plutos metalų ir sudaro net 7,9% žemės plutos masės, gamtoje jis egzistuoja tik kaip labai pastovūs junginiai su kitomis medžiagomis. Dėl šios priežasties aliuminis buvo atrastas ir pavadintas dabartiniu vardu tik 1808m. Prireikė daug metų, kad būtų atrasti būdai kaip išgauti aliuminį.

1808 m. seras Humpris Deividas (Humphry David) nustatė aliuminio egzistavimo faktą ir pavadino metalą.

1821 m. prancūzas P. Bertris (P. Berthier) atrado kietą, rausvą, panašią į molį medžiagą, kurios 52% sudarė aliuminio aksidas. Ši medžiaga buvo rasta netoli Los Baux miestelio pietų Prancūzijoje ir pavadinta boksitu – pačia dažniausia aliuminio rūda.

1825 m. danas Hansas Kristianas Erstedas (Hans Christian Oersted) pirmasis išgavo aliuminį, nors šis ir nebuvo grynas. Mokslininkas pro įkaitintą ir su anglimi sumaišytą Al2O3 leido chloro dujas ir gavo bevandenį aliuminio chloridą. Kaitindamas AlCl3 su kalio amalaga gavo aliuminio amalagą, iš kurios išgarinęs gyvsidabrį pamatė pilkus miltelius – aliuminį.

1827 m. vokiečių chemikas Frydrichas Vėleris (Friedlich Wöhler) išgavo gryną aliuminį. 1845 m. jis nustatė aliuminio tankį
ir vieną iš jo savybių – lengvumą.

1854 m. prancūzas Henris Devilas (Henri Saite-Claire Deville) patobulino Vėlerio metodą gaminti aliuminį komercinui būdu. Metalo kaina, buvusi aukštesnė už aukso ir platinos, nukrito 90% tik per 10 metų.

1855 m. aliuminio luitų gabalai buvo eksponuojami kaip labai brangūs metalai.

1885 m. amerikietis Hamiltonas Y. Kaseris (Hamilton Y. Cassner) patobulino Devilo metodą. Aliuminio gamyba išaugo iki 15 tonų per metus.

1886 m. du niekam nežinomi jauni mokslininkas, prancūzas Paulas Luisas Tosantas Heraultas (Paul Louis Toussaint Héroult) ir amerikietis Čarlis Martinas Halas (Charles Martin Hall), dirbdami atskirai ir nežinodami apie viens kito darbą, vienu laiku išrado naują elektrinį procesą, kuris yra dabartinio aliuminio gamybos proceso pagrindas. Jie atrado, kad jei jie ištirpdys aliuminio oksidą vonioje su išlydytu kriolitu C.M. Hall ir paleis stiprią elektros srovę per ją, išlydytas aliuminis atsiras vonios paviršiuje.

1888 m. atsirado pirmosios aliuminio gamybos kompanijos Prancūzijoj, Šveicarijoj ir Amerikoj.

1900 m. aliuminio gamyba per metus padidėjo iki 8 tonų.

1913 m. aliuminio gamyba per metus padidėjo iki 65 tonų.

. 1920 m. aliuminio gamyba per metus padidėjo iki 128 tonų.

P. Héroult 1938 m. aliuminio gamyba per metus padidėjo iki 537 tonų.

1946 m. aliuminio gamyba per metus padidėjo iki 681 tonų.

1999 m. aliuminio gamyba per metus tapo 24 mln. tonų.

Aliuminis išgaunamas dar tik 146 metus ir jis dar labai jaunas metalas. Žmonija varį, alavą naudoja tūkstančius metų, bet aliuminio pagaminama daugiau negu visų kitų negeležininių metalų.

Aliuminio radimas ir gamyba

Aliuminio rūda, daugiausia boksitas, yra randama tropinėse ir subtropinėse srityse: Afrikoje, Vakarų Indijoje, pietų Amerikoje ir Australijoje. Be to yra ir keletas aliuminio rūdų radinviečių Europoje.

Nuo keturių iki šešių tonų boksito reikia, norint pagaminti vieną toną gryno aliuminio metalo.

1884 m, kai Vašingtono (Washington) monumento viršutinė dalis buvo uždengta aliumininiu stogeliu, aliuminis tebebuvo pusiau brangus metalas. Jį naudojo juvelyriniams ir dailės dirbiniams. Bet vos po dviejų metų situacija pasikeitė. 1866 m Charles Martin Hall iš JAV ir Paul Heroult iš Prancūzijos viens nuo kito nepriklausomai surado ekonomiškai priimtiną būdą gaminti aliuminį iš Al2O3 elektrolizės būdu.

Aliuminio gamybos būdas yra puikus pavyzdys, kaip cheminiai dėsningumai panaudojami praktikoje. Svarbiausioji aliuminio rūda – boksitas – turi savyje Fe2O3 priemaišų, kurias būtina pašalinti. Gryninant boksitą pasinaudojama tuo, kad Al2O3 yra amfoterinis oksidas, todėl tirpsta NaOH(aq) tirpale. Fe2O3 šarmų tirpaluose netirpsta.

Al2O3(k) + 2 OH-(aq) + 3 H2O→ 2 [Al(OH)4]-(aq)

[Al(OH)4]- tirpalą silpnai parūgštinus arba praskiedus vandeniu susidaro Al(OH)3(k) nuosėdos. Kaitinamas Al(OH)3 skyla ir susidaro grynas Al2O3.

Al2O3 lydosi labai aukštoje temperatūroje (2020 °C), o išlydytas yra mažai laidus elektrai. Hall ir Heroult surado tinkamą tirpiklį, kuris lydosi žemesnėje temperatūroje, yra laidus elektrai ir neblogai tirpina Al2O3. Toks tirpiklis yra mineralas kriolitas, kuriame maždaug 1000 °C temperatūroje ištirpsta iki 15% (masės) Al2O3. Nuo to laiko aliuminis gaminamas elektrolizuojant maždaug 950 °C temperatūros Al2O3 tirpalą išlydytame kriolite. Taip gaunamas 99,6-99,8% grynumo aliuminis.

Aliuminio panaudojimas

Aliuminis naudojamas aviacijoje, mechanikoje, elektrotechnikoje, virtuvės rakandams. Platų aliuminio panaudojimą lemia jo tvirtumas ir lengvumas. Prieš elektrolizės atradimą aliuminis buvo naudojamas tik dekoratyvinėms detalėms: dažniausia papuošalam.

Aliuminio panaudojimas maisto gamyboje nėra labai saugus. Mes galime saugiai naudoti aliumininius puodus ir įrankius su rūgščiu maistu, pavyzdžiui pomidorais, rabarbarais, vaisiais. Bet reikia vengti aliuminio kontaktų su šarminiais produktais, nes aliuminis su jais gali sureaguoti.

Aliuminis naudojamas mažiems konteineriams gaminti. Jis gali būti naudojamas gaiviųjų gėrimų skardinėms. Jas ne tik lengva naudota, bet jos lengvai perdirbamos ir neteršia aplinkos.

Aliuminis naudojamas ir kaip elektros laidininkas. Ypač daug jo naudojama aukštos įtampos trasose, kur aliuminio lengvumas yra labai vertinamas.

Aliuminio folija pakeitė alavinę foliją, kuri buvo naudojama maisto produktams pakuoti ir virtuvės reikmėms. Aliuminio folija daug pigesnė, bet jos cheminės savybės labai geros. Grynas aliuminis gali būti iškočiotas iki 0,00127mm storio.

Aluminio pjuvenos gali būti naudojamis dažams, kaip pigmentas. Šie dažai yra puiki antikorozinė medžiaga geležiai ir kitiems metalams.

Aliuminis naudojamas veidrodžiams ir kuria gražesnį atspindį negu sidabras. Daugelis veidrodžių yra dviejų paviršių, kur metalą dengia stiklas. Metalui dažniausia naudojamas aliuminis. Sidabras ir plona amalagma buvo naudojami senesniais laikais, bet jie nebuvo tokie tvirti ir ilgalaikiai. Dideli atspindintys teleskopai turi vieno paviršiaus veidrodžius ir aliuminis jiems labai dažnai naudojamas. Kai kurie teleskopai yra aliumininami kas penkis metus.

Plačiai aliuminis buvo naudojamas dar prieš Antrąjį Pasaulinį karą. Aliuminis
buvo puiki žaliava aviacijai po to, kai buvo išstumti medžio gaminiai.

Dabar aliuminis visdar vartojamas daugely sričių.

Aliuminis ir jo tara

Aliuminis naudojamas maisto pakavimui, jo kokybės palaikymui. Dažnai aliuminio folija naudojama kepiniams kepti.

Šiuo metu Jūs matote 30% šio straipsnio.
Matomi 1620 žodžiai iš 5350 žodžių.
Peržiūrėkite iki 100 straipsnių per 24 val. Pasirinkite apmokėjimo būdą:
El. bankininkyste - 1,45 Eur.
Įveskite savo el. paštą (juo išsiųsime atrakinimo kodą) ir spauskite Tęsti.
SMS žinute - 2,90 Eur.
Siųskite sms numeriu 1337 su tekstu INFO MEDIA ir įveskite gautą atrakinimo kodą.
Turite atrakinimo kodą?
Po mokėjimo iškart gausite atrakinimo kodą, kurį įveskite į laukelį žemiau:
Kodas suteikia galimybę atrakinti iki 100 straispnių svetainėje ir galioja 24 val.