Алюминий и его сплавы, техника безопасности в производстве алюминия

Чрезвычайно широкого применения в виде металла и сплавов  в самолетостроении, строительной промышленности, для изготовления контейнеров, фольги и т.п. 

Растворим в горячих  концентрированных растворах HCl и NaOH. 

                   2Al + 6 HCl = 2AlCl3 + 3H2 

            2Al + 2NaOH + 2H2O = 2NaAlO2 + 3H2

                                                       Алюминат натрия 
 

Радиус  пм: Al⁺³ 57, ковалентный 125, атомный 143,1, вандерваальсов 205. 

Электроотрицательность: 1,61 (по Полингу); 1,47 (по Оллреду); 3,23 эВ (абсолютная) 

Эффективный заряд ядра: 3,50 (по Слейтеру); 4,07 (по Клементи); 3,64 (по Фрезе-Фишеру)  

Важнейшие соединения алюминия. Оксид алюминия Al2O3 можно получить следующим способами: 

1.непосредственным сжиганием порошка металлического алюминия (вдуванием порошка алюминия в пламя горелки) 

                               4Al + 3O2 = 2Al2O3 

2.путем превращения по приведенной ниже схеме: 

         

Оксид алюминия – твердое, тугоплавкое вещество белого цвета.

По  химическим свойствам  это амфотерный оксид. Реагирует с кислотами, проявляет свойства основных оксидов: 

            Al2O3 +6HCl 2AlCl3 +H2O 

      Al2O3 + 6H⁺ +6Cl^- 2Al⁺³ + 6Cl^- + 3H2O 

            Al2O3 + 6H⁺ 2Al⁺³ + 3H2O 

Оксид алюминия реагирует со щелочами и проявляет свойства кислотных оксидов. Причем при сплавлении образуются соли метаалюминиевой кислоты HAlO2, т.е. метаалюминаты: 

            Al2O3 +NaOH 2NaAlO2 + H2O

В присутствии воды реакция протекает иначе: 

            Al2O3 + 2NaOH + H2O = 2[NaAlO2 * H2O] 

Это объясняется тем, что в водном растворе алюминат натрия NaAlO2 присоединяет одну или две молекулы воды, что можно изобразить так:  

                  а) NaAlO2 * H2O или NaH2AlO3 

                 б) NaAlO2 * 2H2O, или NaAl(ОН) 4 

Гидроксид алюминия Al(ОН) 3 получают при взаимодействии раствора щелочи с растворами солей алюминия (раствор щелочи нельзя брать в избытке): 

                AlCl3 + 3NaOH = Al(ОН) 3 + 3NaCl 

   Al⁺³ + 3Cl^- +3Na⁺ + 3ОН^- = Al(ОН) 3 +3Na⁺ + 3Cl^- 

                             Al⁺³ + 3ОН^- = Al(ОН) 3     

Если белую желеобразную массу гидроксида алюминия выделить из раствора и высушить, то получается белое кристаллическое вещество, практически не растворяющееся в воде.

Гидроксид ал (как  и его оксид) обладает амфотерными свойствами. Подобно всем основаниям гидроксид ал реагирует с кислотами. при сплавлении гидроксида ал  со щелочами образуются метаалюминаты, а в водных растворах – гидраты метаалюминатов: 

             Al(ОН) 3  + NaOH NaAlO2  + 2H2O  

                Al(ОН) 3  + NaOH = NaH2AlO3 + H2O 

Соли  алюминия получают в  основном при взаимодействии металлического алюминия с кислотами.

По физическим свойствам  это твердые кристаллические вещества, хорошо растворимые в воде. Химические свойства солей алюминия аналогичны свойствам других солей. Так как соли алюминия образованы слабым основанием и сильной кислотой, то они в водных растворах подвергаются гидролизу.    
 
 

Генетическая связь между алюминием и его важнейшими                                                                                           соединениями 

               
 

              Стандартный потенциал восстановления Е , В  

 
 
 
 
 
 

   

Состояние окисления

Al I     AlCl (в газовой фазе)

Al II    Al2O3 (амфорный), AlO(OH), [Al(H2O)6] 3+  , (ag),

 соли  Al3+ , AlН3 , LiAlH4, AlF3, Na3AlF6, Al2Cl6. 

 
 

    

      3.3 Ядерные свойства 

Сечение захвата тепловых нейтронов, барн: 0,233

Число изотопов (с учетом ядерных изомеров): 11

Диапазон  изотопных масс: 22-31

 
 

ЯМР                                                                            27 Al

Относительная чувствительность (1Н=1,00):   0,21

Восприимчивость (13С=1,00):                             1,17*103

Гиромагнитное отношение, рад/(Тл*с):           6,9704*107 
 

Квадрупольный момент, м²:                            0,4193*10-28

Частота (1Н=100МГц; 2,3488 Тл), МГц:             26,057

Стандарт  Al(H2O)6 ⁺³ 
 

Св-ва электронной оболочки 

Основное  электронное состояние: [Ne] 3s2 3p1

Терм: 2P1/2

Сродство  к электрону (М-М-), кДж/моль: 44 
 
 
 
 
 
 
 

         4. Сплавы алюминия 

^{Прочность чистого алюминия не удовлетворяет  современные промышленные нужды, поэтому для  изготовления любых  изделий, предназначенных  для промышленности, применяют не чистый алюминий, а его  сплавы, которых в настоящее время разработано достаточно много марок.}

^{Введение  различных легирующих элементов в алюминий существенно изменяет его свойства, а  иногда придает ему  новые специфические  свойства.}

^{При различном легировании  повышаются прочность, твердость, приобретается жаропрочность и другие свойства. При этом происходят и нежелательные изменения: неизбежно снижается электропроводность, во многих  случаях ухудшается коррозионная стойкость, почти всегда повышается относительная плотность. Исключение составляет легирование марганцем, который не только не снижает коррозионную стойкость, но даже несколько повышает ее, и магнием, который тоже повышает коррозионную стойкость (если его не более 3 %) и снижает относительную плотность, так как он легче, чем алюминий.}

  ^{Алюминиевые сплавы по способу изготовления из них изделий делят на две группы: деформируемые и литейные. Такое деление отражает основные технологические свойства сплавов: деформируемые имеют высокую пластичность в нагретом состоянии, а литейные -хорошую жидкотекучесть. Для получения этих свойств в алюминий вводят разные легирующие элементы и в неодинаковом количестве.}

^{Для получения деформируемых сплавов в алюминий вводят в основном растворимые в нем легирующие элементы в количестве, не превышающем предел их растворимости при высокой температуре. Деформируемые сплавы при нагреве под обработку давлением должны иметь гомогенную структуру твердого раствора, обеспечивающую наибольшую пластичность и наименьшую прочность. Это и обусловливает их хорошую обрабатываемость давлением. Основными легирующими элементами в различных деформируемых сплавах является медь, магний, марганец и цинк, кроме того, в сравнительно небольших количествах вводят также кремний, железо, никель и некоторые другие элементы.}