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. KTUTURINYS
1.Aliuminis 12.Aliuminio pritaikymas 23.Aliuminio oksidai 34.Aliuminio hidroksidas 35.Aliuminis gamtoje 46.Aliuminio istorija 47.Aliuminio organiniai junginiai 58.Aliuminatai 69.Aliuminatinis cementas 610.Aliumininimas 711.Aliuminio chloridas 712.Aliuminio fluoridas 713.Aliuminio sulfatas 814.Aliumosilikatai 815.Aliuminio rūdos 916.Aliuminio lydiniai 917.Aliuminio pramonė 1018.Aliuminotermija 1119.Naudotos literatūros sąrašas 1220.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 – 900C temperatūroje, gaunamas hidroskopiškas gama aliuminio oksidas. Jo kritalai kubinės sistemos, tankis 3500 kg/m3. 900 -1200C 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 1200C.
Gaminamas ir šlapiuoju būdu, tuomet boksitai tirpinami koncentruotame natrio šarmo tirpale 150 – 200C temperatūroje. Ir sausuoju ir šlapiuoju būdu pasigaminęs natrio aliuminatas NaAlO2 hidrolizuojamas iki hidroksido Al(OH)3, kurį iškaitinus 1200 – 1300C 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:
Al(OH)3 + 3HCl = AlCl3 + 3 H2O
Šioje reakcijoje išryškėja bazinės aliuminio hidroksido savybės.Tačiau jeigu į aliuminio hidroksidą įpilsime natrio šarmą. Tai irgi gausime skaidrų tirpalą. Šiuo atveju susidaro tirpus vandenyje natrio aliuminatas:
H3AlO3 + NaOH = NaH2AlO3 + H2O
Šioje reakcijoje pasižymi rūgštinės aliuminio hidroksido savybės. Vadinasi priklausomai nuo sąlygų, pasireiškia bazinės ir rūgštinės savybės, taigi jis yra amfoterinis.Jeigu aliuminio vielą įkišime į karštą šarmo tirpalą, tai po kurio laiko pradės kilti labai daug vandenilio burbuliukų. Metalinį aliuminį dengia aliuminio amfoterinio oksido plėvelė. Veikiant ją šarmu susidaro tirpus vandenyje natrio aliuminatas ir vanduo. Netekęs apsauginės plėvelės, aliuminis toliau reaguoja su vandeniu. Naudojant aliuminio gaminius buityje, reikia nepamiršti, kad šarminė aplinka ardo aliuminį.
ALIUMINIS GAMTOJE
Aliuminis labiausiai paplitęs Žemės plutoje. Laisvo aliuminio gamtoje nerandama, nes jis chemiškai labai aktyvus. Gamtiniai junginiai, turintys aliuminio, yra aliumosilikatai, boksitai, korundas ir jo atmaina švitras.Aliumosilikatai tai druskos, kurių anijonų sudėtyje yra aliuminio ir silicio. Šių druskų katijonai yra šarminiai ir šarminiai žemės metalai. Aliumosilikatai sudaro pagrindinę Žemės plutos masę. Prie jų priklauso pavyzdžiui toks labai paplitęs mineralas, kaip putnagas.Boksitai – uoliena, kurios svarbiausia sudėtinė dalis yra aliuminio hidroksidas. Boksitai susidarė iš įvairių uolienų dūlėjimo produktų, kuriuos vanduo nunešė į ežerus ir jūras. Šių vandens pakrantėse jie ir nusėdo.
ALIUMINIO ISTORIJA
Pasak antikos istorikus ir rašytojus, alūnas (lotyniškai ”alumen”) buvo gaunamas daugelyje antikos pasaulio vietų. Jau tais laikais jis buvo naudojamas, kaip nurodo Plinijus, kandiku dažant. Mūsų eros pradžioje Romos karvedys Archelajus romėnų karo su persais metu liepė aptepti savo madinius kovos bokštus alūnu ir tokiu būdu padarė juos tiek atspariais ugniai, kad persams nepavyko jų sudeginti.Atitinkanti alūną bazė – aliuminio oksidas – buvo iškastas 1754 m.Lavuazje pirmasis įtarė, jog ši medžiaga – oksidas tokio metalo, kurio cheminė trauka prie deguonies tokia didelė, kad jo negalima atskirti nuo deguonies žinomais to meto būdais. Tik po 2 dešimtmečių Vėleris išskyrė iš alūno metalą, redukuodamas aliuminio chloridą kaliu. Pagal seną alūno pavadinimą naujas metalas buvo pavadintas aliuminiu.
Aliuminis, savo laiku Cernyševskio pranašiškai pavadintas “socializmo metalu”, ketvirtį amžiaus buvo muziejine retenybe. Pirmą kartą jis panaudotas Napoleono III asmeninės sargybos (kirasirų) kelioms dekoratyvinėms kirasoms (šarvams) ir jo įpėdinio žaislams.Dabartinį rentabilų aliuminio gavimo būdą išrado amerikietis Holas ir prancūzas Erū 1886 m. Tai aliuminio oksido tirpalo išlydytame kriolite elektrolizė. Išlydytas kriolitas tirpina Al2O3, kaip vanduo tirpina cukrų. Aliuminio oksido ”tirpalo” išlydytame kriolite elektrolizė vyksta taip, tarsi kriolitas būtų tirpiklis, o aliuminio oksidas – elektrolitas. Ant katodo skiriasi aliuminis, o ant anodo deguonis.Du tyrinėtojai – amerikietis Holas ir prancūzas Erū, gimę tais pat metais, abu tiką baigę aukštąjį mokslą – rėmėsi tapačia idėja – dvi operacijas: elektrolitinį šarminio metalo gavimą ir po to aliuminio išstūmimą juo (kaip Vėlerio metode) sujungti tik į vieną procesą. Ir abu sudaro tą patį sprendimą, tačiau skirtingais būdais: Holas ieškojo fliuso (palengvinančio lydymąsi) kriolitui ir surado,jog tinka aliuminio oksidas , o Erū ieškojo fliuso aliuminio oksidui ir rado, jog galima panaudoti kriolitą.ALIUMINIO ORGANINIAI JUNGINIAI
R3Al tipo aliuminio organiniai junginiai buvo žinomi dar praeitame šimtmetyje. Tačiau jais ypač susidomėta tik 1955 m., kai vokiečių chemikas K. Cigleris atrado paprastą būdą jiems gauti iš metalinio aliuminio, vandenilio ir etileninių angliavandenilių:
Al + 11/2H2 + 3C2H5 C2H5 – Al = (C2H5)2
Per trumpą laiką išsivystė stambi aliuminio organinių junginių pramonės gamykla. Jie įgijo svarbią reikšmę daugelyje sričių. Pavyzdžiui, jie naudojami kaip polimerizacijos proceso katalizatoriai: be jų neapsieinama, gaminant mažo slėgiiio polietileną, kitus poliolefinus, stereoreguliarų butadieninį ir izopeninį kaučiukus. Aliuminio organiniai junginiai naudojami aukštesniųjų alkoholių sintezei. Iš pradžių iš etilenoir trietilaliuminio gaunami aukštesnieji aliuminiotrialkilai, pavyzdiui;
(C2H5)3Al + 15C2H4(C12H25)3Al
Oksiduojant oro deguonimi aliuminio trialkilai virsta aliuminio alkoholiatais, kurie veikiami vandeniu, skyla į aliuminio hidroksidą ir alkoholį:
(C12H525)3Al + 11/2O2 C12H25O)3Al
(C12H25O)3Al+3H2OAl(OH)3+3 C12H25OH
Iš taip gautų aukštesniųjų alkoholių gaunami flotoreagentai, naudojami spalvotųjų metalų rūdų sodrinimui, sintetinės plaunančios medžiagos.Aukštesniųjų riebalinių rūgščių sintezei naudojama aliuminio trialkitų ir anglies dioksido reakcijos:
(C12H25O)3Al+3CO2 (C12H25OO)3Al
(C12H25OO)3Al+3H2O3C12H25OOH+Al(OH)3
šios rūgštys taip pat naudojamos plovimo priemonių gamybai.Rūgštys, gautos vykdant aliuminio organine sintezę, turi tik nešakota grandinę kaip ir rūgštys, randamos maistiniuose riebaluose. Tai gali būti aktualu, ateityje gaminant sintetinius riebalus.Aliuminio organiniai junginiai per 10 – 15 metų praėjo kelią nuo egzotinių medžiagų iki svarbiausių šiuolaikinės technikos produktų. Visa ši sritis sparčiai vystoma ir dabar.
ALIUMINATAI
Aliuminatai tai aliuminio H3AlO2, HAlO2 ir kitų rūgščių druskos. Šarminių metalų aliuminatai gerai tirpsta vandenyje ir hidrolizuojasi – susidaro aliumonio hidroksidas Al(OH)3. Ne taip aktyvių metalų aliuminatai vandenyje tirpsta prastai. Retųjų elementų aliuminatai labai patvarūs. Šarminių metalų aliuminatai gaunami iš aliuminio ar aliuminio hidroksidų ir šarmų:
Al(OH) + KOH KAlO2 + 2H2O.Žemės šarminių metalų aliuminatai susidaro, lydant jų oksidus su aliuminio oksidu Al2O3. Retųjų elementų aliuminatai gaunami, jų oksidus ir aliuminio nitratą Al(NO3)3 tirpinant azoto rūgštyje. Kristalinių aliuminatų yra gamtoje: 1.Paprastasis špinelis Mg(Al2O4).2.Cinko špinelis Zn(Al2O4).3.Chrizoberilas Be(Al2O4).Natrio aliuminatas vartojamas kaip kandiklis tekstilės pramonėje, kaip jonitas vandeniui gryninti. Kalcio aliuminatas – pagrindinė aliuminatinio cemento sudedamoji dalis. Bario aliuminatu iš vandens šalinami sulfato, karbonato ir kalcio jonai. Retųjų elementų aliuminatai vartojami specialiosios keramikos, optinių stiklų gamyboje ir branduolinėjetechnikoje.
ALIUMINATINIS CEMENTAS
Aliuminatinis cementas – greitai kietėjanti hidraulinė rišamoji medžiaga, gaunama susmulkinus išdegtą iki sukepinimo arba sulydymo boksitų ir klinčių arba kalkių mišinį. Svarbiausias mineralas yra kalcio aliuminatas CaO . Al2O3. Aliuminatinis cementas kietėja drėgmėje, išskirdamas daug šilumos. Rištis pradeda ne anksčiau kaip po 30 min., susiriša ne vėliau kaip po 12 valandų. Po paros įgyja 80 – 90% markinio stiprumo. Gaminiai nešildomi ir nešutinami, kad nesumažėtų jų atsparumas. Sukietėjęs aliuminatinis cementas atsparus korozijai, karščiui (1200 – 1400C) ir beveik nepraleidžia vandens. Vartojamas hidro techn. Statyboje, betonavimui žiemą ir avarijos atveju, agresyvaus vandens veikiamoms konstrukcijoms, kaitrai atspariems betonams ir plėtriajam cementui gaminti.
ALIUMININIMAS
Aliumininimas – plieninių ir kitų metalinių detalių paviršiaus dengimas aliuminio plėvele. Aliumininti gaminiai atsparesni kaitrai, korozijai ( ypač jūros vandenyje ir daug sieros junginių turinčioje atmosferoje ).Yra šie aliumininimo būdai:1.Plakiravimas – aliuminio ar jo lydinių lakštų užvalcavimas aukštoje temperatūroje ant dengiamojo metalo paviršiaus 2.Alitavimas – mirkymas išlydytame aliuminyje.3.Išlydyto aliuminio užpurškimas suslėgtomis dujomis.4.Elektroforezinis aliumininimas organiniuose tirpikliuose.5.Elektrolitinis aliuminavimas nevandeniniuose tirpaluose.6.Vakuuminė metalizacija.7.Aliuminio organinių junginių terminis skaldymasAliuminininamos cheminių įrengimų ir radijo detalės ( ypač spausdintinės schemos ), terminių cechų įrengimai, vidaus degimo variklių kameros, išmetimo vamzdžiai.
ALIUMINIO CHLORIDAS
Aliuminio chloridas – AlCl3 – druska. Bespalviai hidroskopiški kritalai. Tankis 2440 kg/m3 . Ore rūksta ir kvepia vandenilio chloridu. Tirpsta vandenyje ir organiniuose tirpikliuose. Iš vandeninių tirpalų kristalizuojasi. Aliuminio chlorido hidratas – AlCl3 . 6H2O.Aliuminio chloridas gaunamas kaitinant kaoliną, boksitus su chloro ir anglies monoksido mišiniu šachtinėse krosnyse. Vartojamas kaip katalizatorius naftos perdirbime ir organinėje sintezėje.
ALIUMINIO FLUORIDAS
Aliuminio fluoridas – AlF3 – druska. Bespalviai kristalai. Lydymosi temperatūra 1040C, virimo 1260C, tankis 3100 kg/m3. Blogai tirpsta vandenyje (0,559 g aliuminio fluorido 100 g 25C vandens), geriau vandenilio fluorido rūgštyje HF. Nereaguoja nei su rūgštimis, nei su šarmais (išskyrus verdančią sieros rūgštį). Lydomas su soda, kalcio oksidu ar boro rūgštimi, skyla. Su šarminių metalų fluoridais sudaro kompleksinius junginius – heksafluoro aliuminatus, kurių vienas yra kriolitas
Na3[AlF6]. Bevandenis aliuminio fluoridas gaunamas kaitinant aliuminį arba aliuminio oksidą aliuminio fluorido srovėje:Al2O3 + 6HF 2AlF3 + 3H2O
Lydant natrio hersafluoro aliuminatą su aliuminio sulfatu. Ekonomiškiausia aliuminio fluoridą gaminti iš vandenilio heksafluoro silikato, gaunamo absorbuojant fluoro junginius, išsiskiriančius superfosfato gamyboje:
H2SiF6 + 2Al(OH)3 2AlF3 + SiO2 . 2H2O + 2H2O
Reakcijoje susidaręs silikagelis SiO2 nusėda, o aliuminio fluoridas sudaro patvarų persotintą tirpalą, iš kurio nufiltravus SiO2, iškristalizuojamas aliuminio fluorido hidratas AlF3 .3H2O. Šiuo būdu aliuminio fluoridą gamina Kėdainių chemijos kombinatas. Aliuminio fluoridas su natrio fluoridu vartojamas gauti kriolitui, kuris reikalingas vonios temperatūrai pažeminti gaminant aliuminį iš aliuminio oksido.
ALIUMINIO SULFATAS
Aliuminio sulfatas – Al2(SO4)3 – druska. Balti milteliai, kurių tankis 2710 kg/m3 . Tirpsta vandenyje (36,15 g. aliuminio sulfato 100 g. 20C vandens). Iš vandeninių tirpalų kristalizuojasi į hidratus. Gaunamas boksitą arba aliuminio hidroksidą tirpinant sieros rūgštyje. Vartojamas odai rauginti, audiniams ir sėkloms beicuoti, kaip žaliava kitiems aliuminio junginiams gauti. Aliuminio sulfato yra aliuminio alūnų sudėtyje. Alūnai – dvigubos druskos, kurių bendra formulė Me1Me3(SO4)2 .12H2O (čia Me1- vienvalentis metalas: natris, kalis, rubidis, cezis, talis arba amonis NH4+; Me3 – trivalentis metalas: aliuminis, galis, indis, titanas, vanadis, geležis, chromas, manganas, rodis, iridis). Alūnai yra kristalinės medžiagos, dažniausiai tirpstančios vandenyje medžiagos. Visi alūnai izomorfiniai – kristalizuojant jų mišinį iš tirpalo, susidaro mišrūs kristalai (kietieji tirpalai). Svarbiausi alūnai: kalio – aliuminio alūnas, arba alūnas KAl(SO4)2 . 12H2O, – bespalviai kristalai; gaunamas kristalizuojant kalio ir aliuminio sulfatų tirpalų mišinį, vartojamas odai rauginti, kaip kandikas dažant pluoštą, popieriaus gamyboje ir medicinoje. Kalio – chromo alūnas, KCr(SO4)212H2o, – tamsiai violetiniai kristalai; gaunamas iš kalio ir chromo sulfatų, vartojamas odos pramonėje, kaip kandikas dažant pluoštą, kaip reagentas analizinėje chemijoje.
ALIUMOSILIKATAI
Aliumosilikatai – silikatų klasės mineralai. Jų kristaluose aliuminis, kaip ir silicis, turi keturgubą koordinaciją. Struktūriniame anijonų komplekse trivalentis aliuminio jonas pakeičia keturvalentį silicio joną. Teigiaasis krūvis kristalinėje gardelėje kompensuojamas kalio, natrio, kalcio arba bario katijonais. Aliumosilikatams priklauso visi karkasiniai silikatai: 1.Kalio – natrio fedšpatai – ortoklazas ir mikroklinas K[AlSi3O8], anortoklazas (Na, K)[AlSi3O8].2.Plagioklazai – albitas Na[AlSi3O8], anortitas Ca[Al2Si2O8].3.Feldšpatitai – leucitas K[AlSi2O6], nefelinas KNa3[AllSiO4]4. Be to , aliumosilikatams priklauso skapolitai, ceolitai, lapelinės struktūros žėručiai (pvz., biotitas), chloritai, kai kurie kitų stuktūrinių silikatų tipų mineralai – raginukė, augitas. Aliumosilikatų yra daugelyje magminių ir metamorfinių uolienų. Dūlėdamijie virsta molių grupės mineralais arba boksitu. Iš aliumosilikatų gaminamas stiklas, keraminės ir ugniai atsparios medžiagos, emaliai, glazūros, cementas. Svarbiausi dirbtiniai aliumo silikatai – molekuliniai sietai ir permutitai. Molekuliniai sietai gaunami kaitinant autoklavuose 60 – 450C temperatūroje natrio aliuminato Na[Al(OH)4] tirpalo ir silicio rūgšties vandeninės suspensijos ir nSiO2mH2O mišinį su šiek tiek šarmų. Susidaręs aliumosilikato gelis plaunamas ir autoklavuose džiovinamas iki 100C temperatūroje. Molekuliniais sietais (porų dydis 3-9 mikronai) perskiriami dujų ir skysčių mišiniai. Permutitai paprastai sulydomi 1000C temperatūroje iš kaolino Al4[Si4O10](OH)8 arba feldšpato, pridėjus kvarco ir sodos Na2CO3. Šie aliumosilikatai minkština vandenį, lengvai atskiria retuosius ir spalvotuosius metalus iš praskiestų jų tirpalų (nutekamųjų vandenų); geri ketalizatoriai ir jų nešikliai. Dirbtiniai aliumosilikatai vartojami chemijos ppramonėje; jais daugiausia valomos dujos ir skysčiai, analizuojamos dujos.
ALIUMINIO RŪDOS
Aliuminio rūdos – mineralai ir uolienos iš kurių yra gaunamas aliuminis:BoksitasNefelino sienitasUrtitasAlūnitasLeucitinės lavosLabradoritaiAnortozitaiKaolinas
Be aliuminio, iš aliuminio rūdos gaminamas elektrokorundas, kaitrai atsparios medžiagos ir abrazyvai.
ALIUMINIO LYDINIAI
Grynas aliuminis kaip konstrukcinė medžiaga nenaudojamas, nes jis per minkštas. Svarbiausi aliuminio lydiniai – duraliuminis ir siluminas. Duraliuminis, arba diuralis, – aliuminio lydinys, turintis 4% vario ir nedaug mangano ir silicio priemaišų. Duraliuminio lakštas išvaizda nesiskiria nuo gryno aliuminio lakšto, tačiau lenkiant duraliuminis kietesnis ir elastingesnis, negu grynas aliuminis. Duraliuminis kietumu ir tvirtumu tolygus minkštam plienui. Jis turi didelį aliuminio plastiškumą, ir todėl duraliuminį lengva apdoroti slėgiu – valcuoti, kalti, štampuoti. Tačiau duraliuminio negalima lieti. Liejimui tinkamas lydinys – siluminas – aliuminio lydinys, turinti 12 – 13% silicio. Siluminas ne tiek tvirtas kaip duraliuminis ir dėl menko suslūgimo kietėjant iš jo gaminami labai sudėtingi liejiniai.Duraliuminis buvo atsitiktinai atrastas 1909 metais, o siluminas buvo pirmą kartą išstatytas automobilių parodoje Berlyne 1921 metais.Aliuminio lydiniai koroduoja kur kas lengviau, negu grynas aliuminis. Todėl duraliuminio lakštai automobilių, indų gamybai ir kita dažnai plakiruojami iš vienos arba iš abiejų pusių – pritvirtinami ploni gryno aliuminio lakštai.Siekiant labai padidini plieno ir ketaus gaminių atsparumą karščiui, jie alituojami – gaminių paviršius prisotinimas aliuminio. Tada paviršiuje susidaro geležies ir aliuminio lydinys. Veikiant dideliam karščiui, alituoto gaminio paviršiuje vietoj purių geležies oksidų atsiranda tanki aliuminio oksido pievelė, stabdanti oksidacijos gilyn.Aliuminis ir jo lydiniai suvirinami ir lituojami, naudojant elektros lanką argono ir atmosferoje arba po storu fliuso sluoksniu; naudojamas ir ultragarsinis lituoklis, kuris mechaniškai suardo oksido plėvelę. Aliuminio (~ 90%) lydiniai u siliciu, magniu, variu, cinku, manganu,chromu,beriliu, ličiu, kadmiu, ceriu. Aliuminio lydiniai yra stipresni negu grynas aliumini, 2,56 – 3 kartus lengvesni už plieną,pakankamai laidūs elektrai ir šilumai, lengvai apdirbami mechaniškai. Skirstomi į liejamuosius ir deformuojamuosius. Iš liejamųjų aliuminio lydinių dažniausiai natriu modifikuoti siluminai (aliuminio ir 5 – 13% silicio lydiniai). Iš didelio ir vidutinio stiprumo aliuminio lydinių liejamos fasoninės lėktuvų, automobilių detalės (variklių stūmokliai, cilindrų blokų galvutės, karteriai). Jų liejimo temperatūra 680 – 7800 C. Deformuojamųjų aliuminio lydinių dažniausi priedai – varis, magnis, manganas, daugiausia vartojami duraliuminiai (Al-Cu-Mg-Mn), avialiai (Al-Mg-Si-Cu), superduraliuminiai (Al-Si-Cu-Mg-Mn). Juos galima kalti,štampuoti, valcuoti ir kitaip deformuoti. Iš deformuotųjų gaminami daugiausia pusfabrikačiai (strypai, lakštai, vamzdžiai, viela, folija, kaltiniai). Deformuojamieji aliuminio lydiniai gali būti termiškai stiprinami: grūdinami nuo 1900 C temperatūroje; taip sustiprinti lydiniai vartojami daugiausia lėktuvams. Iš termiškai nestiprių aliuminio lydinių gaminamos laivų, lėktuvų, raketų,vagonų, šaldytuvų,suvirinamų rezervuarų ir vamzdynų detalės. Yra dar deformuojamųjų sukepusių miltelinių- keraminų aliuminio lydinių, jie gaminami purškiant išlydytą techniškai gryną aliuminį ar jo lydinį ir briketuojant susidariusius miltelius.šie aliuminio lydiniai atsparūs kaitrai (300-5000 C), ypač atsparūs korozijai. Labai stiprūs, neplastiški. Pirmieji aliuminiio lydiniaisukurti XIX a. Iš pradžių vartoti palyginti nestiprūs, nelabai atsparūs korozijai siluminai . XX amžiaus pradžioje sukurti aliuminio – vario lydiniai; juos legiravus magniu ir manganu, gauti duraliuminiai tuo pat metu sukurti modifikuoti siluminai, avialis, superduraliuminis.
ALIUMINIO PRAMONĖ
Spalvotosios metalurgijos šakos. Aliuminio rūdos (svarbiausia iš jų yra boksitas, kitos – nefelinas, kaolinas, alūnitas)perdirbamos į aliuminio oksidą, o iš jo,pridėjus kriolito, aliuminio ir natrio fluoridų, elektrolize išlydomas metalinis aliuminis. Toliau iš arba jo lydinių gaminami pusfabrikačiai – liejiniai, valcuoti profiliai, viela, lakštai ar kiti. Aliuminio lydiniai apima visą šį gamybos ciklą kartu su pagalbinių medžiagų (kriolito, fluoridų, elektrodų) gamyba. Aliuminio daugiau naudojama negu kitų spalvotųjų metalų. Daugiausia jo suvartoja aviacijos, elektrotechnikos, automobilių, chemijos, maisto pramonė. 1 tonai aliuminio pagaminti reikia ~ 1930 kilogramų aliuminio oksido, 50 kilogramų fluoridų, 550 kilogramų anglies elektrodų ir ~ 18 000 kWh elektros energijos, todėl aliuminio lydiniam pėsti reikalinga pigi elektros energija. Aliuminio lydiniai atsirado XIX amžiuje 8 dešimtmetyje, išradus elektrolitinį būdą aliuminiui gaminti iš kriolito ir aliuminio oksido lydalo ir būdą aliuminio oksidui gauti iš boksitų. 1900 aliuminį gamino 6 šalyse, prieš pat II Pasaulinį karą – 16. 1967 – 30 šalių.
Aliuminio(tūkst. t)gamyba1955soc.1970šalyse1972Kinija10,0135140Rumunija–101,3122Lenkija20,498,8102Vengrija37,065,068,2Jugoslavija11,547,772,7
ALIUMINOTERMIJA[Aliuminis + gr. Therme – šiluma], metalų (mangano, chromo, vanadžio, ferolydinių ir kt.) gavimo būdas, redukuojant jų oksidus aliuminiu(pvz., 2Al + Cr2O2=Al2O3 + 2Cr). Metalų oksidų ir aliuminio mišinys su šiluminiu užtaisu (magnio ir kalio nitratų bei elektrono – magnio lydinio – mišiniu) padegamas tiglyje ar šachtinėje krosnyje. Reakcijos metu išsiskiria daug šilumos. 30000 C temperatūroje išlydomas beveik grynas metalas ir lengvai atskiriami aliuminio oksido šlakai. Aliuminį dar vartojama bėgiams suvirinti (terminis suvirinimas) ir kaitrai atspariai medžiagai – termitiniam korundui – gaminti.
NAUDOTOS LITERATŪROS SĄRAŠAS
1.J.Chodakovas ,, Neorganinė chemija”, – Kaunas, 1979.2.V. Potapovas ,,Organinė chemija”,- Kaunas, 1981.3.A. Busevas, I Jefimovas ,,Chemijos apibrėžimai, sąvokos ir terminai”,-Kaunas, 1981.4.Mokslinė redakcinė taryba ,,Lietuviškoji tarybinė enciklopedija”,-leidykla,,Mokslas”, Vilnius, 1976.