Aliuminis jo panaudojimas istorija

KAUNO TECHNOLOGIJOS UNIVERSITETAS

CHEMINĖS TECHNOLOGIJOS FAKULTETAS

NEORGANINĖ CHEMIJA

ALIUMINIS IR JO REIKŠMĖ ŽMOGAUS VEIKLOJE

Darbo vadovas:

R. Ivanauskas

Atliko:

K. Anusevičius, TBT – 3 gr.

I kurso studentas

2003 – 2004 m. m.

KTU

TURINYS

1.Aliuminis 1

2.Aliuminio pritaikymas 2

3.Aliuminio oksidai 3

4.Aliuminio hidroksidas 3

5.Aliuminis gamtoje 4

6.Aliuminio istorija 4

7.Aliuminio organiniai junginiai 5

8.Aliuminatai 6

9.Aliuminatinis cementas 6

10.Aliumininimas 7

11.Aliuminio chloridas 7

12.Aliuminio fluoridas 7

13.Aliuminio sulfatas 8

14.Aliumosilikatai 8

15.Aliuminio rūdos 9

16.Aliuminio lydiniai 9

17.Aliuminio pramonė 10

18.Aliuminotermija 11

19.Naudotos literatūros sąrašas 12

20.Turinys

Aliuminis

Cheminis ženklas – Al. Eilės numeris – 13.

Atominė masė – 27. Atomo sandara:

Iš III. grupės elementų plačiausiai paplitęs Žemėje aliuminis. Aliuminis yra sidabriškai baltos spalvos. Jis priklauso prie lengvųjų metalų – 2,7. Lydymosi temperatūra yra gana žema (6590C); aliuminio folija lengvai lydosi degtuko liepsnoje.

Aliuminis gerai praleidžia šiluma ir elektros srovę: Jo elektrinis laidumas lygus maždaug 2/3 vario elektrinio laidumo. Aliuminis labai plastiškas. Iš jo galima temti vielą ir valcuoti folija.

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 turrėtuų 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.

ALIUMINIO PRITAIKYMAS

Aliuminio pritaikymas iš esmės susijęs su jo lydinių, lengvumu stiprumu ir atsparumu oro bei vandens poveikiui. Toks naudingų savybių derinys reikalingas visų pirma transportui. Todėl daugiausia aliuminio lydiniai naudojami lėktuvų ir automobilių gamybai. Pakeitus automobiliuose ir lėktuvuose pieną aliuminio lydiniais, lengviau juos vairuoti ir mažiau jiems reikia kuro.

Tos pačios aliuminio lydinių savybės panaudojamos ir statyboje. Aliuminio lydiniai daugeliu atveju sėkmingai pakeičia plieną, medį ir gelžbetonį ypač kai nėra vietinių statybinių medžiagų, o gabenti jas iš toli neparanku. Antai plėšiniuose iš gofruotų aliuminio lydinių lakštų statomi grūdų sandėliai.

Statybose ir architektūroje plačiai naudojami ,,sidabriniai” dažai – aliuminio miltelių ir mineralinės alyvos mišinys. Jei netik puošia pastatus, bet ir saugo nuo cheminio irimo bei šiluminio spinduliavimo. Dėlto naftos produktai, laikomi aliuminio dažais nudažytuose rezervuaruose, neperkaista nuo saulės spindulių.

Didelis gryno aliuminio laidumas elektrai naudojamas elektrotechnikoje. Iš aliuminio gaminami elektros laidai. Esant vienodai varžai, aliuminio laidas yra dvigubai lengvesnis už tokios pat varžos varinį. Tai palengvina atramų, ant kurių pakabinami laidai, įrengimai.

Iš aliuminio daugiausia gaminami visokiausi indai. Čia,be lengvumo ir patvarumo, pritaikomos kitos aliuminio savybės: jis gerai praleidžia šiluma, jo neveikia nei šaltas, nei verdantis vanduo, nenaudingi jo junginiai, kurių nedaug gali susidaryti, veikiant aliuminį silpnoms organinėms rūgštims, esančioms maiste.

ALIUMINIO OKSIDAI

Al2O3, molžemis, aliuminio junginys su deguonimi , yra baltos spalvos miltelių pavidalo medžiaga. Jis sunkiai lydosi 20500C temperatūroje, labai kietas. Gamtinis aliuminio oksidas – mineralas korundas yra viena kiečiausių gamtoje randamų medžiagų; už jį kietesnis tik deimantas. Iš aliuminio oksido daromi šlifavimo diskai, galąstuvai ir t.t. ir kitiems gaminiams pjauti, šlifuoti ir poliruoti.

Korundas yra labai kietas todėl, kad sudarantieji jo gardelę jonai Al+3 ir O-2 dėl didelių krūvių stipriai taukia vienas kitą.

Aliuminio oksidas netirpsta vandenyje ir nereaguoja su juo. Aliuminio oksidas yra amfoterinis,vandenyje netirpstantis junginys. Su rūgštimis reaguoja kaip bazinis oksidas – tirpsta rūgščių tirpaluose, sudarydamas aliuminio druskas, pvz.:

Al2O3 + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2O

Žinomos 3 aliuminio oksido kristalinės modifikacijos: , nepatvari  ir .

Gamtoje randamas bespalvis alfa aliuminio oksidas (korundas) ir spalvotas nuo priemaišų (rubinas, safyras). Korundo kristalai heksagonalinės sistemos, kietumas (pagal Mosą) 9, tankis 3960 kg/m3. Kaitinant aliuminio druskas 600 – 900C temperatūroje, gaunamas hidroskopiškas gama aliuminio oksidas. Jo kritalai kubinės sistemos, tankis 3500 kg/m3. 900 -1200C temperatūroje gama aliuminio oksidas persikristalizuoja į hidroskopišką alfa aliuminio oksidą.

Aliuminio oksidas pramonėje gaunamas iš boksitų, nefelino, kaolino dažniausiai sausuoju šarminiu būdu – boksitų, sodos ir klinčių mišinį kaitinant iki 1200C.

Gaminamas ir šlapiuoju būdu, tuomet boksitai tirpinami koncentruotame natrio šarmo tirpale 150 – 200C temperatūroje. Ir sausuoju ir šlapiuoju būdu pasigaminęs natrio aliuminatas NaAlO2 hidrolizuojamas iki hidroksido Al(OH)3, kurį iškaitinus 1200 – 1300C temperatūroje gaunamas aliuminio oksidas. Iš aliuminio oksido gaminamas metalinis aliuminis, ugniai atsparios medžiagos, aliuminio druskos. Iš gamtinio ir lydyto korundo – šlifavimo, galandimo įrankiai. Smulkiakristalis aliuminio oksidas vartojamas kaip adsorbentas ir katalizatorius.

ALIUMINIO HIDROKSIDAS

Al(0H)3 – balta, kieta medžiaga, netirpstanti vandenyje. Aliuminio hidroksidas susidaro, reaguojant aliuminio druskoms su šarmais. Pavyzdžiui, jei į aliuminio chlorido tirpalą lašinsime natrio šarmo tirpalą, tai susidarys į drebučius panašios aliuminio hidroksido nuosėdos:

AlCl3 + 3NaOH = Al(OH)3 + 3NaCl

Jei aliuminio paveiksime kokia nors rūgštimi, pavyzdžiui druskos rūgštimi, nuosėdos išnyks ir liks skaidrus tirpalas – vyksta reakcija kurios metu susidaro tirpstanti vandenyje aliuminio druska ir vanduo: