Metalai aplink mus. Aliuminis

by

KAUNO ŠANČIŲ VIDURINĖ MOKYKLA

REFERATAS

Metalai aplink mus:Aliuminis

Darba atliko: Kristina Stankevičiūtė

Kaunas 2006Turinys

.

1. Aliuminio paplitimas gamtoje, svarbiausi gamtiniai junginiai2. Aliuminio lydiniai 3. Aliuminio fizinės savybės4. Cheminės aliuminio savybės5. Aliuminio oksidas6. Aliuminio gavimas bei savybės.7. Aliuminio Chloridas AlCl .

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 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. Aliuminis atsparus korozijai, nes ore oksiduojasi ir pasidengia atsparia Al O plėvele. Jis geras elektros ir šilumos laidininkas.Aliuminis naudojamas lydiniams. Dažniausia naudojami duraliuminis ir siluminas. Naudojimas: automobilių, iš jo lengva lieti detales. aviacijos pramonė, mašinų ¤ Naudojimas: įvairių. prietaisų gamyba: korpusams, lėktuvų detalėms. Daugelis aliuminio turinčių mineralų yra vertingi. Korundas kietumu prilygsta deimantui, todėl iš jo gaminami šlifavimo, galandimo įrankiai. Skaidrios spalvos korundo atmainos – rubinas ir safyras – yra brangakmeniai. Kiti brangakmeniai – smaragdas, akvamarinas, aleksandritas – yra aliuminio ir berilio mineralai.Aliuminis yra chemiškai aktyvus metalas. Kambario temperatūroje apsitraukia plona oksido plėvele: 4Al + 3O

Aliuminio paplitimas gamtoje, svarbiausi gamtiniai junginiai.

Aliuminis – trečias pagal paplitimą iš visu elementų, sudarančių Žemės plutą, po deguonies ir silicio. Kokiose cheminiuose junginiuose būna aliuminio gamtoje? Pradėsime nuo vulkaninių uolienų. Tipišką išlydytos lavos kietėjimo produktą – granitą – sudaro trys mineralai: putnagas, žėrutis ir kvarcas. Granite daugiausia yra putnago. Jis , kaip ir žėrutis, yra vienas labiausiai paplitusių vulkaninių uolienų mineralų, vadinamų bendru aliumosilikatų vardu. Empirinė putnago formulė KalSi O

Vulkanines uolienas, patekusias į Žemės paviršių ir susilietusias su atmosfera, pradeda veikti naujos jėgos – šiluma ir šaltis bei cheminiai atmosferos agentai – deguonis, anglies dioksidas ir vanduo.Prasideda lėts, bet nenutrūkstantis cheminio aliumosilikatų irimo procesas – dūlėjimas. Dūlėjant šarminius šarminius žemės metalus pakeičia vandiens elementai, bet cheminė aliuminio ir silicio „sąjunga“paprastai išlieka – aliumosilikatai virsta kaolinu – Al O 2SiO 2H O.Molis – labiausiai paplitusi (kartu su baltuoju smėliu) nuosėdinė uolena; tai ir yra kaolinas, užterštas geležies ir mangano oksidais, nuo kurių atsiranda ruda molio spalva, ir kitomis priemaišomis. Kad molyje yra vandiens, galima lengvai aptikti, kaitinant sausą molį mėgintuvėlyje.Molis – galutinis aliumosilikatų dūlėjimo vidutiniame klimate produktas. Tropikų ir subtropikų klimate aliumosilikatai yra toliau – aliuminis atsiskiria nuo silicio ir sudaro hidroksidų mišinį; jų apytikrė formulė – Al O H O. Tas mišinys – pagrindinis šiuolaikinės aliuminio metalurgijos mineralas – boksitas.Taigi sudūlėjus išsivežusioms iš Žemės gelmių aliumosilikatų uolienoms, sudariusioms Uralo kalnagubrio masyvą, atsirado bopksito klodai Vakariniame ir Pietiniame Uralo šlaituose. Jie prasideda šiaurėje ir tęsesi į pietus iki pat Šiaurės Kaukazo stepių.Boksitas – nuosėdinės kilmės mineralas, įšore panašus į molį, bet neturintis būdingo moliui plastiškumo. Be kitu priemaišų, boksite būna geležies oksidų, suteikiančių jam degtu plytų spalvą.Kito būtino aliuminio metalurgijai mineralo – kriolito sudėtis paprastai išreiškiama dvigubos druskos fomule 3NaF AlF druska. Kriolitas retas mineralas, ir aliuminio metalurgijai jį tenka gaminti dirbtinai.Vietoj boksito naudojamas nefelinas NaAlSiO ; rūgštys jį lengvai suskaido – silicis išsiskiria panašiu į debesis silicio dioksidu (iš čia kilo mineralo pavadinimas – graikiškai „nefele – debesis).

Aliuminio lydiniai.

Aliuminis lydomas su daugeliu metalų (pvz., su Cu, Mn, Zn, Ni, Fe, Ti) ir su kai kuriais nemetalais (pvz., Si). Priedai sudaro iki 20% aliuminio lydinio. Aliųminio lydiniose būna keli legiruojantys elementai.Legiruoti lydiniai geresnių mechaninių savybių, bet ne taip plastiški ir mažiau laidūs elektrai. Alimini lydinių kietį padidina susidarantys kietieji tirpalai ir įvaairūs intermetaliniai junginiai, pavyzdžiui, CuAl , Mg Si, MgZn, Al CuMg. Yra žinoma labai daug aliuminio lydinių: Al – Cu (3,8 – 5% Cu) lydinis duraliuminis, Al – Si (8 – 13% Si) lydinis siluminas, Al – Mg (4 – 11% Mg) lydinis magnalis ir kiti.Šiuose aliuminio lydiniose dar būna iki 1% kitų metalų. Ypač vertingas legiruojantis elemantas, įeinantis beveik į visus aliuminio lydinius, yra manganas.Aliuminis su mangano priemaiša yra geresnių mechaninių savyvybių ir atsparesnis korozijai.

Aliuminio lydiniai lengvi (2650 – 2800 kgm ), atsparūs atmosferinei korozijai, lengvai apdirbami, pigūs, bet kaitrai neatsparūs. Taikant specialų apdirbimą, aliuminio milteliai apsitraukia oksodo plėvele, ir iš jų gaunama aukštoms temperaturoms atspari medžiaga.

Aliuminio fizinės savybės.

Aliuminis sidabriškai baltas, labai minkštas metalas; jis minkštesnis už varį, bet kietesnis už alavą. Už aliuminį kalesnis tik auksas; jis lengvai ištempiamas į ploniausia vielą ir valcuojamas į ploniausius lakštus, kurie vadinami aliuminio folija ir naudojami elektriniams kondensatoriams gaminti bei maisto produktams suvynioti.Aliuminis praleidžia šilumą tris kartus geriau, negu kali geležis; dėl šių ir kitų savybių, iš aliminio gaminami namų apyvokos daiktai – puodai, arbatinukai ir kt. Specifiniu elektriniu laidumu aliuminis nusiliaidžia variu; tačiau palyginus vienodos masės, bet skirtingo skerspiūvio aliuminio ir vario laidus, pirmenybė atitenka aliuminiui.Nors aliuminis kristalizuojasi tankiausia kubine gardele, jo tankis lygus 2,7; aliuminis beveik tris kartus lengvesnis už geležį.Aliuminis – paliginti lengvai lydomas metalas. Jis lydosi 659 C, verda 1800 C temperatūroje. Esant chlorido AlCl garų, aliuminis distiliuojasi mažesnėje temperatūroje. Iš labiau įkaitusių į mažiau įkaitusias vietas aliuminį tuo atveju perneša aliuminio subchlorido AlCl garai, kurie susidaro ir vėl suskyla į Al ir AlCl (grįžtamoji reakcija):2Al + AlCl 3AlCl 2Al + AlCl Tokios katalizinės sublimacijos mechanizmas išnagrinėtas cirkonio atveju. Ja naudojasi, norėdami gauti chemiškai gryną aliuminį, silicį ir kitus metalus.

Cheminės aliuminio savybės.

Aliuminis – chemiškai aktyvus elementas, bet su vandeniliu tiesiogiai nereaguoja. Jo polimerinis hidridas (AlH ) gaunamas kitu būdu.Dėl didelės cheminės traukos deguoniui aliuminis lengvai atima jį iš kitų metalų oksidų. Metalų oksidų redukavimas aliuminiu vadinamas aliuminiotermija. Kambario temperatūroje aliuminis jungiasi su halogenais. Susidaro lakūs (išskyrus AlF ), higroskopiški ir lengvai besihidrolizuojantys halogenidai. Su siera aliuminis sudaro sulfidą, Al S .Aliuminis yra amfoterinis metalas. Jis reaguoja su praskiesta druskos ir sieros rūgštimi:

2Al + 3H SO Al (SO ) + 3H

Labai praskiesta ir šalta koncentruota azoto rūgštis aliuminio netirpina, pasyvuoja, todėl aliuminio induose galima laikyti ir transportuoti koncentruotą HNO . Veikiant aliuminį vandeniniais šarmų tirpalais, oksido plėvelė ir pats aliuminis tirpsta, – susidaro tetrahidroksoaliuminatas (III):

2AL + 2NaOH + 6H O 2Na Al(OH) + 3H Aliuminio oksidas.Aliuminio oksidas Al2O3 gamtoje aptinkamas kristalinėje būklėje, kaip mineralas korundas. Korundas (p=4,09 g cm ) yra labai kieta, aukštos lydymosi temperatūros ( 2045 C), nelaki, chemiškai neaktyvi medžiaga. Vartojamas kaip abrazyvinė medžiaga, varžų, keramikos ir daugiausiai metalinio Al gamyboje. Al O yra atmosferinis oksidas – tirpsta rūgštyse ir šarmuose. Vandenyje jis netirpsta. Skaidrūs raudonos arba mėlynos spalvos korundo kristalai yra brangakmeniai – rubinas ir safyras. Daba rubinai gaunami dirbtiniu būdu, sulydant aliuminio oksidą elektros krosnyse. Jie naudojami ne tik papuošalams, kiek techniniams tikslams, pavyzdžiui, tiksliųjų prietaisų detalėms gaminti, laikrodžių akmenims ir kt. Iš neskaidrių korundo kristalų turinčių didelį priemaišų kiekį, sudarytas paprastas švitras

Aliuminio gavimas bei savybės.

Aliuminis gaunamas elektrolizės būdu iš išlydyto Al O ir kriolito mišinio, esant 1200K temperatūrai. Jo lydymosi temperatūrai pažeminti dedama fluoridų – CaF , MgF , AlF . Išlydutas Al O disocijuoja į AL ir O . Ant elektrodų skiriasi aliuminis ir deguonis, nes jų išlydžio potencialai mažesni, negu natrio ir fluoro jonų:ant anodo: 2O O + 4e,ant katodo: Al + 3e Al.Anodas daromas iš grafito. Išsiskyręs deguonis su juo reaguoja, ir susidaro CO ir CO . Elektrolizės vonios dugnas yra katodas, ir čia kaupiasi aliuminis. Jis periodiškai išleidžiamas ir toliau rafinuojamas, t.y. šalinamos priemaišos ir ištirpusios dujos.Junginiuose aliuminio oksidacijos laipsnis būna +3 (aukštose temperatūrose +1 ir +2). Jo paviršius apsidengia plona, 15 – 20 nm storio, oksido plėvele; ją suardžius, metalas smarkiai oksiduojasi toliau. Aliuminis su gyvsidabriu arba jo druskomis sudaro amalgamą – gyvsidabrio kietą tirpalą aliuminyje. Gyvsidabrio atomai, įsiterpę tarp aliuminio atomų, neleidžia susidaryti AL O plėvelei. Tada aliuminis smarkiai reaguoja su vandeniu, išskirdamas vandenilį. Dėl apsauginės AL O plėvelės aliuminis netirpsta labai praskiestoje ir koncentruotoje azoto rūgštyje, menkai tirpsta praskiestoje ir koncentruotoje sieros rūgštyje. Vidutinės koncentracijos azoto ir sieros rūgštyje aliuminis tirpsta. Jis gerai tirpsta druskos rūgštyje ir ypač gerai – šarmuose:

O 2Na +3H

Aliuminio Chloridas AlCl .

Bevandenis aliuminio chloridas gaunamas tiesiog veikiant aliumin5 chloru Jis pla2iai naudojamas kaip katalizatorius įvairiose organinėse sintezėse. Tirpdamas vandenyje, aliuminio chloridas išskiria labai daug šilumos. Garinant tokį tirpalą jis hidrolizuojasi: išsiskiria chloro vandenilis ir gaunamas aliuminio hidroksidas. Jei garinama esant druskos rūgšties pertekliui, tai galima gauti AlCl 6H O sudėtis kristalus.

Išvados

Aliuminis labai svarbus,reikalingas ir plačiai naudojamas metalas. Aliuminis naudojamas aviacijoje, mechanikoje, elektrotechnikoje, virtuvės rakandams. Jis lengvas , stiprus , atsparus korozijai, agresyviai aplinkai. Aliuminiu legiruojami kiti metalai. Grinas aliuminis kaip konstrukcinė medžiaga nenaudojamas, nes jis per minkštas. Svarbiausi aliuminio lydiniai – diurablis ir siluminas. Aliuminis yra žemos lydymosi temperatūros, paliginus minkštas, labai mažos elektrinės varžos metalas.Grynas aliuminis yra sidabriškai baltos spalvos, nenuodingas, antras pagal kalumą (po aukso) ir šeštas pagal elastingumą. Aliuminio rūda, daugiausia boksitas, yra randama tropinėse ir subtropinėse srityse: Afrikoje, Vakarų Indijoje, pietų Amerikoje ir Australijoje. Be to yra ir keletas aliuminio rūdų radimviečių Europoje. Nuo keturių iki šešių tonų boksito reikia, norint pagaminti vieną toną gryno aliuminio metalo.

Naudota literatūra:

1. Bendroji ir neorganinė chemija. Mokslų ir enciklopedijų leidykla, 1995.2. Bendroji chemija.. Valstybinėpolitinės ir mokslinės literatūros leidykla. Vilnius, 1958.3. J.Chodakovas. Neorganinė chemija. Šviesa, 1979.4. V.Janickis. Neorganinė chemija. Kaunas “Technologija“, 2000.5. G.Kaušinienė. bendroji chemija. Leidykla „Mintis“ Vilnius,1974.