Алюминий жіктелуі

Пән: Химия
Жұмыс түрі: Материал
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 8 бет
Таңдаулыға:

Алюминий жіктелуі.

Алюминий.

Алюминий III периодтың элементі, мұның алдында осы периодтың р-элементтері-Cl, S, P, Si таныстық, енді мұнан кейін S-элементтер Mg мен Na-ға көшеміз. Осы бағытта айтылған элементтердің валенттік электрондары кеміп, онымен қатар бос тұрған валенттік орбитальдар саны өсе береді. Осының салдарынан қос электронды байланыстың беріктігі әлсіреп, орнықпаған /локализацияланбаған/ электрондар арқылы туатын байланыстар өсіп, одан металдық байланыста тууға бейімділік күшейеді.

Міне, период ішімен р- элементтерден S элементтерге қарай жылжығанымызда валенттік электрондардың азаюынан, әуелі молекулалық кристалдық торы бар металл еместерден (Ar, Cl2, P4), атомдары тізбектелген (S∞) қабыршақты (Р2 ∞) каркас түзген (Si3∞), структуралы металл еместер арқылы, металл тәріздес кристалдық структураларға келеміз.

Осы структурасы өзгерген бағытта, химиялық байланыстың типі, оған тәуелді жай заттардың қасиеттері де өзгеріп отырғанын көрдік, соған тағы мысал Ar, Cl, S - диэлектрик, кремний - шала өткізгіш, ал Al, Mg, Na - металл ( өткізгіш) .

Алюминий бор сияқты р- элемент, сыртқы валенттік электрондарының саны бірдей болғандықтан ұқсастығы да көп, алайда сырттан екінші қабат өзгеше, әсіресе алюминийде 3d орбитальдардың бар болуы, оның үстіне атомдардың қарамының әр түрлі болуы олардың қасиеттерінде айырмашылық тудырады.

Алюминий бор сияқты тотығып, оң үш валенттік көрсетеді, теріс валенттік білдіруі бордан да сирегірек.

Алюминий нағыз амфотерлі элемент. Алюминий қосылыстарының көпшілігінде sp3- гибрид және sp3d2- гибридтану күйінде де жиі болады.

Алюминийдің бордан айырмашылығы, оның Al-O-Al тізбегі B-O-B сияқты су әрекетінен үзіліп кетпейді, сондықтан алюминийдің оттекті қосылыстары тұрақты, табиғатта да жиі кездеседі.

Жер қыртысында бар металдардың ең көбі алюминий. Бұл қосылыс түрінде болады. Алюминий алуға жарайтын қосылыстар боксит Al2O3*xH2O, алунит K2SO4*xAl2(SO4) 3*yAl2O3*zH2O, нефелин 4Na2O*4Al2O3*9SiO2. Бұлардың ішінде әзірше алюминий алу үшін көбірек қолданылып келе жатқаны боксит. Бокситке бай жерлер Қазақстанда (Торғай алабында), Орал тауында, Башқұрстанда бар, сонымен қатар Хибинда апатитпен аралас нефелин бар, Сибирьде де алюминий кендері көп.

Алюминий кендері жер қыртысын түзуші атпа жыныстармен де, шөгінді жыныстармен де байланысты.

Атпа жыныстар гранит-далалық шпат, слюда және кварц. Далалық шпат пен слюда алюмосиликат

XЭ2О3* ySiO2*zH2O (Э= Al, Cr, Fe ) деп аталады.

Бұл алюмосиликаттар күйреп каолин түзеді, мысалы:

K2O*Al2O3*6SiO2+CO2+2H2O=K2CO3+Al2O3*2SiO2*2H2O+4SiO2

Каолин күллі саздардың негізі, мұнда алюминий мен кремний ажыраспайқалады. Алюмосиликаттар күйрегенде көбінесе, ақтық продукт осы каолин болады.

Кей жағдайда алюмосиликаттардың күйреуі одан да әрі жүріп алюминий кремнийден ажырасып, әр қайсысы жеке гидраттар түзіп, сол гидраттар қоспасы түрінде болады; сонда алюминий Al2O3*xH2O боксит түріне айналады. Атпа жыныстардың күйіреуінен осылайша келіп шөгінді жыныс - боксит түзіледі.

Алюминий алу.

Бокситтың формуласын алюминий тотығы түрінде жазғанмен, ол оның ішіндегі негізгісі ғана, алюминий тотығынан басқа онда SiO2 (2-20%) және Fe2O3 болады.

Алюминий алудағы технологияның бас міндеті осы қоспалардан арылу. Бокситтан алюминий алудың екі сатысы бар.

Бокситтан глинозем (Al2O3) алу, ішінде SiO2-02%, Fe2O3-0, 04%-тен артық болмау керек.
Глиноземнен алюминий алу.

Бірінші сатыны өткізу үшін Байер ұсынған сілтілік әдісті қолданады. Ол үшін бокситты ұсатып, автоклавқа салып, NaOH я Na2CO3 ерітіндісімен шаймалайды. Сонда:

Al2O3+2NaOH=2NaAlO2+H2O

реакцияның нәтижесінен алюминий алюминат түрінде ерітіндіге көшіп, SiO2 мен Fe2O3 тұнбада қалады.

Реакцияның шарттары: NaOH-300 г/л; t 20º, қысымы 12 атм, уақыты - 3-3, 5сағат.

Енді алюминат ерітіндісін су араластырып сұйылтса, ол гидролизденеді:

NaAlO2+2H2O↔︎NaOH+↓Al(OH) 3

Кристалданған Al(OH) 3 сүзіп алып, айналмалы пеште 1200º-та суынан айырады:

2Al(OH) 3=Al2O3+3H2O

Қалған NaOH қайтадан процеске қосылады.

Бокситтан глинозем алудың электротермиялық әдісі де бар, оны Кузнецов-Жуковский ұсынған.

Боксит пен ізбес тасты араластырып доғалы электр пеште 2000º-та балқытады, соның нәтижесінде SiO2 және Fe2O3

тотықсызданып ферросилиций құймасы түзіледі, ал Al2O3 пен CaO шлак Ca(AlO2) түзеді. Шлакты NaOH я Na2CO3 ерітіндісімен шаймалайды.

Ca(Al2) 2+2NaOH=↓Ca (OH) 2+2NaAlO2

NaAlO2 ерітіндісін сілтілік әдістегідей глиноземға айналдырады.

Алюминий өндірісінің екінші сатысы глиноземнен алюминий алу. Оны электр пештерінде өткізеді. Темір жәшіктің іші табақ-табақ графитпен қапталады, осы графит әрі катод қызметін атқарады; анод та көмір я графиттан жасалады. Электролит ретінде криолит алынады, 950 градуста криолитта глинозем жақсы ериді, электролиз сол температурада жүргізіледі. Алюминий катодта, оттек анодта бөлініп шығады. Бұл процестің ғылымыи негізін өркендетуде П. П. Федотьев үлкен еңбек сіңірді.

Ашудастың латынша аты «алюмин », оны өте ерте уақытта-ақ алып, бояу жұмысында басытқы есебінде қолданған. Ашудастың негіздік бөлімі глиноземді 1754 жылы ғана жеке шығарып алған Лавуазье глиноземді зерттей келе, бұл оттекті өте мықтап ұстайтын металдың тотығы болар деп шүбәланған, бірақ ондағы оттегін бөліп ала алмаған. Дэви де электролиздеп көрген, ештеңе өндіре алмаған.

1827 жылы Велер хлорлы алюминийді металл түріндегі калиймен әрекеттеп алюминийді бөлек шығарып алған.

Алюминий қасиеттері және қолданылуы:

Алюминий күмістей ақ жұмсақ металл. Созылғыш, жайылғыш қасиеттері алтыннан ғана төменірек. Электр өткізгіштігі мыстан төменірек, бірақ мыс және алюминийден жасаған электр өткізгіш сымдарды, көлденеңін емес, салмағын салыстырса, алюминий жеңіл, сондықтан ол электропровод жасауда мыстың орнына жұмсалады. Алюминий өте жеңіл, айталық темірден үш есе жеңіл, сондықтан транспорт құралдарын жасауға таптырмайтын металл.

Алюминий өте жұмсақ болғандықтан оның түрлі құймалары қолданылады. Алюминийдің дуралюмин, магналий, силумин құймалары бар.

Алюминийдің қосылыстары:

Қалыпты жағдайда полимерлі заттар, сондықтан барлығы қатты заттар.

Алюминий тотығының 9 модификациясы бар тұрақтысы α- Al2O3 мен γ-Al2O3(куб торлы) . Алюминий тотығы Al2O3 оны глинозем деп те атайды; жаратылыста корунд деп аталатын минерал түрінде кездеседі. Корундтың қаттылығы 9, қайрақтас ретінде қолданылады. Корундқа басқа заттар араласса, мысалы хром араласса, қызыл түсті болады, оны рубин дейді, темір мен титан араласса көк түсті болады, оны сапфир дейді. Рубин мен сапфир асыл тастар қатарына жатады. Рубиндарды қазір қолдан жасайтын болды, олар дәл приборлар механизміне, сағат тасы ретінде және әшекей заттардың сақина, түйреуші т. б. көзіне салынады. Корундтың ұсақ түрі наждак, егеу, құм ретінде қолданылады. Қайрақ тас және отқа берік зат ретінде бокситтен жасалған алунд деген зат қолданылады.

Алюминий металл еместермен, оның ішінде оттекпен, галогендермен өте шабыт қосылатындығына қарамай ол ауамен, сумен жанасқанда коррозияға ұшырамайтындығы ғажап, түсініксіз сиқты. Мұның себебін мына тәжірибе айқын түсіндіреді. 123-а суреттегі алюминий шабығының төменгі ұшын қыздырса, алюминий балқып, тамшы тәрізді төмен түсуі керек еді-ғой. Бірақ шыбықтың төменгі ұшы майысып, төмен қарай салбырап тұрады 123-б-сурет. Шыбықтың майысқан ұшы дорба сиқты, оның ішінде балқыған сұйық металл күмістей жылтырап төмен қарай іркіліп, дорбаның түбін керіп, бірақ тесіп шыға алмай тұрғанын көреміз.

Дорба деп отырғанымыз- алюминийдің сыртын қаптаған оның тотығы. Тотық өте жұқа қабатты (0, 1мм) болғандықтан мөлдір болады, ішіндегі металдың жалтырлығына дейін көрініп тұрады. Екінші жағынан бұл тотық қабатының өте тығыз берік екенін көреміз. Міне, алюминий ауамен жанасқан жерде бірден тотығып осындай тотық қабыршығымен қапталып коррозиядан қорғалады.

Алюминий рудалары.

Өндірісттік мақсатта алдымен алюминий тотығын, одан кейін электролиз жолымен алюминий металын алуға жарамды минералдық шикізат. Жер қыртысында алюминийдің орта мөлшері 7, 45%-ке тең. Алюминий рудалары минералдық құрамына қарай екі топқа бөлінеді. Негізгі алюминий рудасына боксит, екіншісіне алюминий силикаттары ( нефелин, лейцит, лабрадорит, анортозит, алюминий тотығына бай саздар және каолиндер) мен сульфаттары жатады. Алюминий силикаттары нефелин-сиенит, нефелин-апатит, лейцит лавалары және кианит силлиманит, андалузит тақта тастарымен байланысты болып келеді. Алюминий силикаттары мен сульфаттары бар жыныстарда Al2O3 мөлшері 25, 1%-тен 63, 1%-ке дейін болады да, руданың құндылығы Na2O+K2O:Al2O3-ке қатынасынан шығатын сілтілік коэффицентпен анықталады. Нефелин мен каолинитті әк тас қосып күйдіруден алюминий тотығы, сода, цемент, алынады. Алуниттен алюминий тотығы мен бірге калий сульфаты, күкірт қышқылы алынады.

Алюминий қорытпалары:

Алюминий негізді қорытпалар. Құрамында кремнийі бар алғашқы алюминий қорытпалары 19ғ-дың 50 жылдарында алынады. Оның беріктігі нашар, тотығуға төзімділігі төмен болды. АҚШ-та 1907 жылға дейін Al-Cu қорытпасы кеңінен тарап келді. 1910 жылы Англияда үш компонентті Al-Cu-Mn, ал 2 жылдан соң құрамына 10-14% мырыш және 2-3% мыс кіретін алюминий қорытпалары алынды. 1903-11ж. А. Вильман (Германия) ашқан металды кемелдендіру тәсілі алюминий қорытпалардың жетілдіруге елеулі әсерін тигізді. Алюминий қорытпалардың кемелденген түрі дюралюминий деп аталды. Ю. Г. Музалевский мен С. М. Воронов осы күнгі дюралюминийдің бір түрі - кальчугалюминийді тапты. Беріктігін арттыру мақсатында соңғы жылдары алюминий қорытпалардың химиялық құрамы жөнінде кең зерттеулер жүргізілді. Соның нәтижесінде жаңадан коррозияға төзімді, сәндік, электр тех. (Al-Mg-Si), өте берік (Al-Mg-Si-Cu, Al-Zn-Mg, Al-Zn-Mn-Cu), ыстыққа төзімді ( Al-Cu-Mn, Al-Cu-Li), жеңіл және жоғары модульді ( Al-Be-Mg, Al-Li-Mg) алюминий қорытпалар жүйесі табылды.

... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.