Тема 6: Застосування алюмінію та його сполук

Перебування у природі й застосування

Алюміній – третій пораспространенности елемент після кисню і кремнію в земної корі. У природі є у основному у вигляді:

1)алюмосиликатов;

2) бокситів;

3) корунди;

4)глинозема.

Природні сполукиалюминия:а – боксит; б – корунд; в – рубін; р – сапфір.

Основні області застосування алюмінію та її сплавів

Алюміній використовується у виробництві дзеркал оптичних телескопів, в електротехніці, для сплавів (>дюралюмин, силумін) всамолето- і автомобілебудуванні, дляалитирования чавунних і сталевих виробів з метою підвищення їхкоррозионной стійкості, для термічної зварювання, щоб одержати рідкісних металів у вільному вигляді, у будівничій промисловості, виготовлення контейнерів, фольги тощо.

Глава II. Основні сполуки

Оксиди алюмінію

>Оксид алюмінію утворює кілька поліморфних різновидів, чи форм, мають однаковий хімічний склад, різне будова кристалічною грати та, отже, різні властивості. За виробництва глинозему найбільше значення мають дві з цих різновидів:–Al₂>O₃ (>альфа-глинозем чи корунд) і–Al₂>O₃ (>гамма-глинозем).

>Корунд – найбільш стійка формаглинозема; є у природою вигляді безбарвних чи забарвлених домішками кристалів, і навіть виходить штучно: при кристалізації розплавленого глинозему чи нагріваннігидроксидов алюмінію до високої температури.Кристаллизуется–Al₂>O₃ втригональной системі.Корунд хімічно стійкий але відношення до багатьом хімічним реагентам ірасплавам. Він надто повільно реагує з розчинами лугів і кислот навіть за високих температур.Корунд має високої твердістю (9 за шкалоюМооса), малогигроскопичен, тобто. не поглинає вологи при зберіганні. Щільність–Al₂>O₃4г/см³, температура плавлення2050°С, температура кипіння близько3500°С. Теплота освіти–Al₂>O₃ за реакцією:

>2Alтв+1,5O_{2 газ} =–Al₂>O₃

становить приблизно 1675кДж/моль, теплота плавлення 25кДж/моль, теплота випаровування приблизно 630кДж/моль.

>Гамма-глинозем має кристалічну грати кубічної системи. Залежно від температури отримання–Аl₂>O₃ кристалізується як іскритокристаллической (>високодисперсной), і уявнокристаллической формах. У природі–Al₂>O₃ не зустрічається, а утворюється під час нагріванніодноводногогидроксида алюмінію (>бемита) до 500 °З. При подальшому нагріванні–Al₂>O₃ перетворюється на–Al₂>O₃. Температура перетворення–Al₂>O₃ в

корунд залежить від хімічної природи стабілізуючого оксиду. Якщо стабілізуючим оксидом є вода, то перетворення відбувається у температурному інтервалі 850–1050 °З; у присутності оксиду літію–Al₂>O₃ перетворюється на–Al₂>O₃ за температури понад1500°С. Перетворення–Al₂>O₃ в–Al₂>O₃ супроводжується зменшенням обсягуиа 14,3 % і виділенням 92кДж/моль тепла.

На відміну від–Al₂>O₃,–Al₂>O₃ добре розчиняється як і кислотах, і у лугах. При 400–500 °З–Al₂>O₃ легко взаємодіє з фтористим воднем, створюючиAlF₃.Скритокристаллический–Al₂>O₃ має великий здатністю поглинати вологу (сильногигроскопичен), і навіть інші речовини. Щільність–Al₂>O₃ 3,42г/см³, теплота освіти 1583кДж/моль.

При кристалізації розплавленого глинозему, що містить домішки поєднанні лужних іщелочноземельних металів, може бути отримана – різновид оксиду алюмінію. Дослідженнями встановлено, що–Al₂>O₃ перестав бути чистим оксидом алюмінію, а є хімічну сполукуAl₂>O₃ з оксидами лужних іщелочноземельних металів (>Na₂>O•11Al₂>O₃,CaO•6Al₂>O₃,BaO•6Al₂>O₃).Твердость і щільність–Al₂>O₃ менше, ніж корунду. При нагріванні до температури 1600–1700 °З відбувається розкладання–Al₂>O₃ і перетворення їх у–Al₂>O₃.

У літературі є також визначення про існування проміжних різновидів оксиду алюмінію, утворювані припрокаливаниигидроксидов алюмінію.

Технічний глинозем практично є сумішшю– і глинозему.Кристаллическая решітка глинозему має іонне будова – побудована зноновАl³⁺ і Про^2-. Відомі сполуки алюмінію з киснем нижчою валентності, у яких алюмінії є одна- ідвухвалентним:Al₂>O іАlO. Їх отримують при високих температур відновленням глинозему або за його термічному розкладанні.

Gt;Гидроксиди алюмінію

Є кілька різновидівгидроксидов алюмінію: діаспор,бемит,гиббсит,байерит,норстрандит.

>Диаспор ібемитAl₂>O₃•М₂Про чиAlO(OH) –полиморфние різновидуодноводного оксиду алюмінію, зустрічаються у природі у складі бокситів, кристалізуються і ромбічної системи та можуть міститися у бокситах в кристалічною іскритокристаллической формах. Елементарна осередок кристалічною грати діаспора ібемита складається з іонівAl³⁺,ОH^-, Про^2-. Щільність діаспора 3,3 – 3,5г/см³,бемита 3г/см³. При температурі близько 500 °З діаспор ібемит втрачаютькристаллизационную воду, перетворюючись на безводний глинозем. У цьому діаспор перетворюється на–Al₂>O₃, абемит – в–Al₂>O₃:

>Al₂>O₃•H₂>O (>бемит) +147,8кДж =–Al₂>O₃+H₂>O,Al₂>O₃•H₂>O (діаспор) +>133кДж =–Al₂>O₃ + H₂>O.

У лужних розчинах діаспор ібемит розчиняються лише за високих температур, у своїй діаспор розчиняється значно нижчабемита.

>Гиббсит (>гидраргиллит) –трехводний оксид алюмініюAl₂>O₃•>3H₂>O, чиAl(OH)₃ є у природою складі бокситів і є проміжним продуктом під час виробництва глинозему лужними способами. У бокситахгиббсит перебуває у трьох модифікаціях: аморфною,скритокристаллической і кристалічною.

>Кристаллизуетсягиббсит в моноклінної системі; кристалічна решітка його побудована з іонівAl³⁺ і ВІН^-. Щільністьгиббсита 2,3–2,4г/см³.

У звичайних умовахгиббсит – найбільш стійка формагидроксида алюмінію.

При нагріванні до 200–250 °Згиббсит втрачає дві молекуликристаллизационной води та перетворюється набемит

>Al₂>O₃•>3H₂>O +152кДж =Al₂>O₃•H₂>O (>бемит) +2H₂>O.

При подальшому нагріваннібемит, як знаємо, перетворюється на-Al₂>O₃, який у часи чергу перетворюється на-Al₂>O₃. На думку багатьох дослідників, перетвореннягиббсита в-Al₂>O₃ – складніший процес, й відбувається за низку інших проміжних фаз.Гиббсит добре розчиняється в лугах і кислотах.

>Банерит має ті ж самі хімічну формулу, як ігиббсит. У природібайерит не зустрічається. Раз можна отримати, наприклад, при повільному пропущенні вуглекислого газу черезалюминатний розчин або за мимовільному розкладанні розчину при кімнатної температурі. Щільністьбаиерита 2,55г/см³.

>Байерит – збаламученуметастабильное з'єднання і за звичайної температурі перетворюється нагиббсит. З підвищенням температури, і навіть ступенядисперсности стійкістьбайерита зменшується. У лужних розчинахбайерит розчиняється кращегиббсита.

Відома ще третя модифікаціятрехводного оксиду алюмінію –нордстрандит, яка уперше було синтезована в 1956 р.Нордстрандит є прозорі кристали моноклінної системи. Щільністьнордстрандита 2,436г/см³.

При швидкому осадженнігидроксида алюмінію з сольових розчинів утворюється драглистий осад –алюмогель, яка має кристалічного будівлі, у якому дуже багато води та у якого високої хімічної активністю.Алюмогель, як ібанерит, хисткий і з часом перетворюється нагиббсит. Кристалізаціяалюмогеля відбувається повільно й супроводжуєтьсяобезвоживанием. Цей процес відбувається називають старіннямалюмогеля.Висушенний при 300–400 °Залюмогель має хорошимиадсорбционними властивостями.