§ 48. Алюміній і яго злучэнні

Алюміній як простае рэчыва

Фізічныя ўласцівасці. Алюміній — серабрыста-белы лёгкі метал са шчыльнасцю 2,7 г/см³, тэмпературай плаўлення +660 °С і тэмпературай кіпення +2500 °С. Ён вельмі пластычны, лёгка пракатваецца ў фольгу і працягваецца ў дрот, добра праводзіць электрычны ток.

Паверхня алюмінію заўсёды пакрыта найтанчэйшай шчыльнай плёнкай аксіду Al₂O₃.

Працэс атрымання аксіднай плёнкі на паверхні металаў называецца аксідзіраваннем. Плёнкі, якія ўтвараюцца, адыгрываюць ролю не толькі антыкаразійнага пакрыцця, але і матрыцы, у порах якой можна асадзіць фарбавальнае рэчыва для надання металічным вырабам дэкаратыўных уласцівасцей. На малюнку паказана стужка з аксідзіраванага алюмінію, афарбаванага ў розныя колеры.

Хімічныя ўласцівасці. У радзе актыўнасці алюміній размешчаны адразу пасля шчолачназямельных металаў, што ўказвае на яго высокую рэакцыйную здольнасць. Аднак праявіць гэтую актыўнасць пры пакаёвай тэмпературы ў многіх выпадках яму не дае шчыльная плёнка аксіду. Але пры падвышанай тэмпературы яна не перашкаджае працяканню большасці хімічных рэакцый. Абмяжуемся сістэматызацыяй вядомых вам ператварэнняў алюмінію і яго злучэнняў і прывядзём кароткія каментарыі да некаторых з іх (табл. 34).

Аксід алюмінію вылучаюць з баксіту — зямлістай глінападобнай масы, якая складаецца з гідраксіду алюмінію, аксідаў жалеза і іншых металаў, а таксама крэмнію (мал. 112.1).

Электралізёр для атрымання алюмінію ўяўляе з сябе ванну, выкладзеную блокамі з графіту, да якой падведзены электрычны ток (мал. 112.2). У ванне пры тэмпературы 950–970 °С знаходзіцца расплаў гліназёму з крыялітам.

На катодзе — графітавым блоку на дне ванны — пры аднаўленні катыёнаў алюмінію электрычным токам вылучаецца вадкі алюміній, які перыядычна адпампоўваюць. На графітавым анодзе вылучаецца кісларод.

У струмені вылучанага кіслароду анод часткова абгарае з утварэннем СО і СО₂, таму ў прамысловасці для ажыццяўлення бесперапыннага працэсу атрымання алюмінію вырашаюць праблемы рэгенеравання анодаў, падбору для іх спецыяльных матэрыялаў, абясшкоджвання вылучаных газаў.

У цяперашні час вырашаецца пытанне пра замену традыцыйнай тэхналогіі вытворчасці алюмінію на электроліз AlCl₃, растворанага ў расплаве солей KCl і NaCl. Гэта дазволіць зэканоміць да 30 % энергіі, знізіць патрабаванні да сыравіны, замяніць дарагі крыяліт больш таннымі солямі, выключыць вылучэнне шкоднага фтору.

Спосаб атрымання металічнага алюмінію ў лабараторных умовах быў прапанаваны ў 1827 годзе Фрыдрыхам Вёлерам. Спосаб складаецца ў аднаўленні алюмінію з бязводнага AlCl₃ каліем пры награванні без доступу паветра:

AlCl₃ + 3K $equals with t on top$ Al + 3KCl.

Табліца 34. Хімічныя ўласцівасці алюмінію

Рэагенты і ўраўненні рэакцый	Умовы праходжання і прадукт рэакцыі
Неметалы	Al рэагуе з моцнымі акісляльнікамі пры пакаёвай тэмпературы, з менш актыўнымі — пры награванні
$4 Al space plus space 3 straight С subscript left parenthesis графіт right parenthesis end subscript stack space equals space with t on top Al subscript 4 straight C subscript 3 2 Al space plus space 3 straight I subscript 2 equals space 2 AlI subscript 3 space left parenthesis кропля space straight Н subscript 2 straight О space long dash space каталізатар right parenthesis$
Вада	Для правядзення рэакцыі з вадой пры пакаёвай тэмпературы неабходна папярэдне выдаліць аксідную плёнку
$2 Al subscript left parenthesis амальгама right parenthesis space end subscript plus space 6 straight H subscript 2 straight O space equals space 2 Al left parenthesis OH right parenthesis subscript 3 space plus space 3 straight H subscript 2 not stretchy upwards arrow 2 Al subscript left parenthesis стружка right parenthesis end subscript space plus space 3 straight H subscript 2 straight O subscript left parenthesis пара right parenthesis end subscript stack space equals space with t on top Al subscript 2 straight O subscript 3 space plus space 3 straight H subscript 2 not stretchy upwards arrow$
Кіслоты	Al бурна рэагуе з разбаўленымі кіслотамі. У канцэнтраваных сернай і азотнай кіслотах Al пасівіруецца
$2 Al space plus space 6 НСl space equals space 2 AlСl subscript 3 space plus space 3 straight Н subscript 2 not stretchy upwards arrow 8 Al space plus space 30 HNO subscript 3 left parenthesis разб right parenthesis end subscript space equals space 8 Al left parenthesis NО subscript 3 right parenthesis subscript 3 plus space 3 NH subscript 4 NО subscript 3 space plus space 9 straight Н subscript 2 straight О 2 Al space plus space 3 straight H subscript 2 SО subscript 4 left parenthesis разб right parenthesis end subscript space equals space Al subscript 2 left parenthesis SО subscript 4 right parenthesis subscript 3 space plus space 3 straight Н subscript 2 not stretchy upwards arrow$
Шчолачы	Пры ўзаемадзеянні ўтвараюцца вадарод і солі, якія ўтрымліваюць гексагідраксаалюмінат-іоны — комплексныя аніёны
$2 Al space plus space 6 NaOH space plus space 6 straight Н subscript 2 straight О space space equals 2 Na subscript 3 left square bracket Al left parenthesis OH right parenthesis subscript 6 right square bracket space plus space 3 straight Н subscript 2 not stretchy upwards arrow$
Растворы солей	Працэсы выцяснення менш актыўнага металу алюмініем працякаюць хутчэй, калі папярэдне выдаліць плёнку Al₂O₃
$2 Аl space plus space 3 Hg left parenthesis NO subscript 3 right parenthesis subscript 2 space equals space 3 Hg not stretchy downwards arrow space plus space 2 Al left parenthesis NO subscript 3 right parenthesis subscript 3$
Аксіды некаторых металаў	Для ініцыявання рэакцыі сумесь рэагентаў неабходна разагрэць. Далей працэс працякае самаадвольна з вылучэннем вялікай колькасці цеплаты
$2 Al space plus space Cr subscript 2 straight O subscript 3 space stack equals space with t on top Al subscript 2 straight O subscript 3 space plus space 2 Cr space plus space Q 2 Al space plus space Fe subscript 2 straight O subscript 3 stack space equals space with t on top Al subscript 2 straight O subscript 3 space plus space 2 Fe space plus space Q$

Атрыманне алюмінію. У прамысловасці алюміній атрымліваюць электролізам расплаву сумесі гліназёму Al₂О₃ і крыаліту Na₃[AlF₆]:

$2 Al subscript 2 straight О subscript 3 space stack equals space with ⚡ on top 4 Al space plus space 3 straight О subscript 2 not stretchy upwards arrow$ .

Сумесь аксіду алюмінію і крыаліту плавіцца пры тэмпературы больш чым на 1000 °С ніжэйшай, чым чысты аксід. Гэта робіць вытворчасць алюмінію больш бяспечнай, энергетычна і эканамічна больш выгаднай.

Амальгіраваны алюміній можна атрымаць, апускаючы метал на некалькі секунд у раствор солі ртуці(II).

Прымяненне алюмінію. Дзякуючы высокай электраправоднасці алюмінію з яго вырабляюць электраправады. У параўнанні з меднымі алюмініевыя правады больш лёгкія і танныя.

З-за наяўнасці на паверхні алюмінію аксіднай плёнкі ён не рэагуе з вадой, што дазваляе вырабляць з алюмінію кухонны посуд.

Шырока прымяняюцца сплавы алюмінію. З саставам і прымяненнем дзюралюмінію вы ўжо пазнаёміліся, вывучаючы матэрыял § 43, вядомы і іншыя сплавы. Авіаль — сплаў алюмінію з магніем і крэмніем — выкарыстоўваюць для вырабу карпусоў самалётаў, кузаваў аўтамабіляў, карпусоў мабільных тэлефонаў. Сплаў цынку з алюмініем і меддзю — ЦАМ — прымяняюць у аўтамабілебудаванні, для вырабу падшыпнікаў, разнастайнай фурнітуры.

Ярка выражаныя аднаўленчыя ўласцівасці алюмінію выкарыстоўваюцца ў алюматэрміі для атрымання тытану, бору, хрому і інш., для зваркі рэек і дэталей стальнога ліцця.

Для зваркі масіўных металічных дэталей, напрыклад рэек на трамвайных і чыгуначных пуцях, выкарыстоўваюць тэрміт — сумесь парашкоў Al і Fe₃О₄. Пры іх узаемадзеянні вылучаецца велізарная колькасць цеплаты:

$8 Al space plus 3 Fe subscript 3 straight O subscript 4 stack space equals space with t on top 4 Al subscript 2 straight O subscript 3 space plus space 9 Fe space plus 3326 space кДж$ .

Тэмпература павышаецца да 2800 °С. Гэта выклікае плаўленне адноўленага жалеза, якое, сцякаючы ў стык рэек, запаўняе прастору паміж імі і зварвае іх.