سوختن آلومینیوم

سوختن آلومینیوم در هوا

برخلاف منیزیم، ذرات منفرد آلومینیوم وقتی در هوا یا بخار آب تا دمای 2100 کلوین گرم می شوند، مشتعل نمی شوند. سوزاندن ذرات منیزیم برای احتراق آلومینیوم استفاده شد. دومی روی سطح عنصر گرمایش قرار می گیرد و ذرات آلومینیوم روی نوک سوزن در فاصله 10-4 متر بالاتر از اولی قرار می گیرند.

هنگامی که ذرات آلومینیوم مشتعل می شوند، احتراق در فاز بخار رخ می دهد و شدت ناحیه درخششی که در اطراف ذره ظاهر می شود به آرامی افزایش می یابد. احتراق ثابت با وجود یک منطقه درخشش مشخص می شود که تا زمانی که فلز تقریباً به طور کامل بسوزد، اندازه آن تغییر نمی کند. نسبت اندازه منطقه درخشش و ذره 1.6-1.9 است. در ناحیه درخشش، قطرات اکسید کوچکی تشکیل می شود که در اثر برخورد با هم ادغام می شوند.

باقیمانده پس از احتراق ذره یک پوسته توخالی است که داخل آن فلزی وجود ندارد. وابستگی زمان سوختن یک ذره به اندازه آن با فرمول (احتراق متقارن) بیان می شود.

احتراق آلومینیوم در بخار آب

احتراق آلومینیوم در بخار آب به طور ناهمگن رخ می دهد. هیدروژن آزاد شده در طول واکنش به تخریب فیلم اکسید کمک می کند. در این حالت، اکسید آلومینیوم مایع (یا هیدروکسید) به شکل قطرات با قطر حداکثر 10-15 میکرون پاشیده می شود. چنین تخریب پوسته اکسید به طور دوره ای تکرار می شود. این نشان می دهد که بخش قابل توجهی از فلز روی سطح ذره می سوزد.

در ابتدای احتراق، نسبت rsv /r 0 برابر است با 1.6-1.7. در طی فرآیند احتراق، اندازه ذرات کاهش می یابد و نسبت gs/?o به 2.0-3.0 افزایش می یابد. سرعت سوختن یک ذره آلومینیوم در بخار آب تقریباً 5 برابر بیشتر از هوا است.

احتراق آلیاژهای آلومینیوم منیزیم

احتراق آلیاژهای آلومینیوم منیزیم در هوا

احتراق ذرات آلیاژهای آلومینیوم-منیزیم با ترکیب متغیر در هوا، مخلوط اکسیژن-آرگون، بخار آب و دی اکسید کربن، به طور معمول، شبیه به اشتعال ذرات منیزیم است. قبل از شروع اشتعال، واکنش های اکسیداتیو روی سطح رخ می دهد.

احتراق آلیاژهای آلومینیوم منیزیم به طور قابل توجهی با احتراق آلومینیوم و منیزیم متفاوت است و به شدت به نسبت اجزای آلیاژ و پارامترهای محیط اکسید کننده بستگی دارد. مهمترین ویژگی احتراق ذرات آلیاژی فرآیند دو مرحله ای است (شکل 2.6). در مرحله اول، ذره توسط مجموعه‌ای از مشعل‌ها احاطه می‌شود و یک ناحیه غیر یکنواخت از لومینسانس محصولات واکنش را تشکیل می‌دهد. با مقایسه ماهیت و اندازه ناحیه نورانی اطراف ذره آلیاژ در مرحله اول احتراق با ماهیت و اندازه ناحیه نورانی اطراف ذره منیزیم در حال سوختن (نگاه کنید به شکل 2.4)، می‌توان نتیجه گرفت که در این مرحله عمدتاً منیزیم است. از ذره می سوزد.

برنج. 2.6. احتراق یک ذره آلیاژی 30% Al + 70% Mg در فشار معمولی جو در مخلوطی حاوی 15% حجمی O 2و 85% Ar:

1, 2 – فرسودگی منیزیم؛ 3-6 – فرسودگی آلومینیوم

یکی از ویژگی های مرحله اول احتراق آلیاژ، ثابت بودن اندازه ذرات و منطقه شعله است. این بدان معنی است که قطره مایع آلیاژ در یک پوسته اکسید جامد قرار دارد. فیلم اکسید تحت سلطه اکسید منیزیم است. از طریق نقص فیلم، منیزیم جریان می یابد و در شعله انتشار فاز بخار می سوزد.

در پایان مرحله اول، وقوع واکنش‌های ناهمگن افزایش می‌یابد، همانطور که با ظهور نواحی درخشندگی درخشان در سطح ذره مشهود است. گرمای آزاد شده در طی واکنش های ناهمگن به گرم شدن ذره تا نقطه ذوب اکسید و شروع مرحله دوم احتراق کمک می کند.

در مرحله دوم احتراق، ذره توسط یک ناحیه درخشش یکنواخت و روشن تر احاطه می شود که با سوختن فلز کاهش می یابد. همگن بودن و کروی بودن ناحیه شعله نشان می دهد که لایه اکسید روی سطح ذره مذاب است. انتشار فلز از طریق فیلم با مقاومت کم انتشار اکسید مایع تضمین می شود. اندازه منطقه شعله به طور قابل توجهی بیشتر از اندازه ذرات است که نشان دهنده احتراق فلز در فاز بخار است. مقایسه ماهیت مرحله دوم احتراق با الگوی شناخته شده احتراق آلومینیوم، شباهت زیادی را نشان می دهد؛ به احتمال زیاد آلومینیوم در این مرحله از فرآیند می سوزد. با سوختن، اندازه شعله و در نتیجه قطره سوختن کاهش می یابد. ذره سوخته برای مدت طولانی می درخشد.

تغییر اندازه ناحیه درخشندگی ذره ای که می سوزد مطابق با مکانیسم توصیف شده پیچیده است (شکل 2.7). پس از احتراق مقدار r St. /r 0 به سرعت (در -0.1 میلی ثانیه) به حداکثر مقدار می رسد (بخش ab). علاوه بر این، در طول زمان اصلی مرحله اول احتراق، نسبت rخیابان/ r 0 ثابت می ماند (بخش bv). وقتی فرسودگی منیزیم به پایان می رسد، rرزومه/ r 0 به حداقل کاهش می یابد (نقطه ز)و سپس با شروع احتراق آلومینیوم افزایش می یابد (بخش gd). در نهایت، اما همانطور که آلومینیوم می سوزد r St. /r 0 به طور یکنواخت کاهش می یابد (بخش de) به مقدار نهایی مربوط به اندازه اکسید تشکیل شده است.

برنج. 2.7.:

1 – آلیاژ 30% Al + 70% Mg، هوا؛ 2 - آلیاژ 30٪ A1 + 70٪ Mg، مخلوط 15٪ O2 + 85٪ Ar; 3 – آلیاژ 50% A1 + 50% Mg، هوا

مکانیسم و ​​پارامترهای فرآیند احتراق آلیاژهای آلومینیوم منیزیم به طور قابل توجهی به ترکیب آلیاژ بستگی دارد. با کاهش محتوای منیزیم در آلیاژ، اندازه ناحیه درخشندگی در مرحله اول احتراق و مدت زمان این مرحله کاهش می یابد. هنگامی که محتوای منیزیم در آلیاژ کمتر از 30٪ باشد، فرآیند یک فرآیند دو مرحله ای باقی می ماند، اما متناوب می شود. در پایان مرحله اول، ناحیه درخشندگی به اندازه خود ذره کاهش می یابد، فرآیند احتراق متوقف می شود و آلومینیوم تنها پس از احتراق مجدد ذره می سوزد. ذراتی که دوباره مشتعل نمی‌شوند، پوسته‌های اکسید متخلخل و توخالی هستند که حاوی قطرات آلومینیوم نسوخته درون آن هستند.

وابستگی زمان سوختن ذرات به قطر اولیه آنها با فرمول های تجربی زیر بیان می شود:

احتراق آلیاژهای آلومینیوم منیزیم در مخلوط اکسیژن با آرگون، بخار آب و دی اکسید کربن.

ماهیت احتراق ذرات آلیاژهای آلومینیوم-منیزیم در مخلوط های اکسیژن-آرگون مانند هوا است. با کاهش محتوای اکسیژن، اندازه منطقه درخشندگی در طول فرسودگی منیزیم به طور قابل توجهی کاهش می یابد. وابستگی زمان احتراق ذرات آلیاژ 50% Al + 50% Mg به اندازه ذرات و محتوای اکسیژن موجود در مخلوط در درصد حجمی با فرمول بیان می شود.

احتراق آلیاژها در بخار آب به طور قابل توجهی متفاوت است (شکل 2.8). لایه اکسیدی تشکیل شده در مرحله اول توسط هیدروژن از بین می رود و ذره ظاهری مرجانی به خود می گیرد. آلومینیوم باقی مانده در مرجان تنها 10-1 میلی ثانیه پس از پایان مرحله اول مشتعل می شود. چنین تناوب فرآیند برای آلیاژهای هر ترکیبی معمول است.

برنج. 2.8. احتراق ذرات آلیاژ آلومینیوم منیزیم (50:50) کروی(آ) و اشتباه(ب) در بخار آب در فشار اتمسفر معمولی تشکیل می شود:

1 - ذره اولیه 2 - ذرات قبل از احتراق 3- فرسودگی منیزیم؛ 4 – فرسودگی آلومینیوم 5- مرجان بعد از ذره تشکیل شده است

وقتی آلیاژهای آلومینیوم منیزیم در دی اکسید کربن می سوزند، فقط منیزیم از ذرات می سوزد و پس از آن فرآیند احتراق متوقف می شود.

احتراق آلیاژهای آلومینیوم منیزیم در شعله با دمای بالا

برای مطالعه فرآیند احتراق ذرات فلزی در دماهای بالا، یک قرص فشرده از مخلوط پرکلرات آمونیوم و هگزامین، با دمای احتراق 2500، 2700 و 3100 کلوین محاسبه شده، زیر ذره ای که روی نوک سوزن نصب شده بود سوزانده شد.

احتراق ذرات آلیاژهای آلومینیوم منیزیم در این شرایط معمولاً با انفجار رخ می دهد. وجود یک انفجار برای ذرات همه ترکیبات معمولی است. در نتیجه انفجار، یک منطقه لومینسانس قابل توجهی تشکیل می شود که نشانه غلبه احتراق فاز بخار است. عکسهای یک ذره در حال سوختن در ابتدای احتراق (شکل 2.9، آ) نشان می دهد که واکنش های ناهمگن در کل سطح پوسته اکسید رخ می دهد. به دلیل گرمای واکنش های ناهمگن، تبخیر سریع فلز رخ می دهد (شکل 2.9، ب، باعث پارگی پوسته اکسید و پاشیدن قطره تبخیر نشده می شود (شکل 2.9، V).

برنج. 2.9. احتراق ذرات آلیاژ 95 درصد آلیاژبا 5% Mg در شعله اکسید کننده (دمای 2700 K):

آ- مرحله اولیه احتراق؛ ب- احتراق ثابت؛ V- تقسیم کردن

به گفته B. G. Lrabey، S. E. Salibekov و Yu. V. Leninsky، خرد شدن ذرات آلیاژهای آلومینیوم-منیزیم به دلیل اختلاف بسیار زیاد در دمای جوش منیزیم و آلومینیوم ایجاد می شود که در نتیجه جوش منیزیم در هنگام ذرات ایجاد می شود. در یک منطقه با دمای بالا انفجاری است و منجر به خرد شدن آلومینیوم باقی مانده می شود. دمای 2500 K در حال حاضر برای احتراق انفجاری کافی است، که کاملا طبیعی است، زیرا این دما از نقطه جوش هر دو جزء بیشتر است.

• Arabey B. G.، Salibekov S. E.، Levinsky Yu. V.برخی از ویژگی های اشتعال و احتراق گرد و غبار فلز // متالورژی پودر. 1964. شماره 3. ص 109-118.

دیلدینا یولیا

شعله می تواند رنگ متفاوتی داشته باشد، همه اینها فقط به نمک فلزی بستگی دارد که به آن اضافه می شود.

دانلود:

پیش نمایش:

دبیرستان MAOU شماره 40

موضوع

رنگ آمیزی شعله به عنوان یکی از روش های شیمی تجزیه.

دیلدینا یودیا،

کلاس نهم، دبیرستان MAOU شماره 40

سرپرست:

گورکینا سوتلانا میخائیلوونا،

معلم زیست شناسی و شیمی.

پرم، 2015

1. معرفی.
2. فصل 1 شیمی تجزیه.
3. فصل دوم روشهای شیمی تجزیه.
4. فصل 3 واکنش های رنگ آمیزی شعله.
5. نتیجه.

معرفی.

از اوایل کودکی مجذوب کار دانشمندان شیمی بودم. آنها مانند جادوگرانی به نظر می رسیدند که با آموختن برخی از قوانین پنهان طبیعت، ناشناخته ها را خلق کردند. در دست این جادوگران، مواد تغییر رنگ دادند، آتش گرفتند، گرم یا سرد شدند و منفجر شدند. وقتی به درس شیمی رسیدم، پرده شروع به بالا رفتن کرد و من شروع به درک چگونگی وقوع فرآیندهای شیمیایی کردم. درس شیمی که گذراندم برایم کافی نبود، بنابراین تصمیم گرفتم روی یک پروژه کار کنم. می‌خواستم موضوعی که روی آن کار می‌کردم معنی‌دار باشد، به من کمک کند تا برای امتحان شیمی بهتر آماده شوم و اشتیاقم برای واکنش‌های زیبا و واضح را برطرف کند.

رنگ آمیزی شعله های آتش توسط یون های فلزی را در رنگ های مختلف در درس شیمی مطالعه می کنیم، زمانی که فلزات قلیایی را مطالعه می کنیم. وقتی به این موضوع علاقه مند شدم، معلوم شد که در این مورد، آن را به طور کامل فاش نکرده است. تصمیم گرفتم آن را با جزئیات بیشتری مطالعه کنم.

هدف: با کمک این کار می خواهم یاد بگیرم که چگونه ترکیب کیفی برخی از نمک ها را تعیین کنم.

وظایف:

1. با شیمی تجزیه آشنا شوید.
2. روش های شیمی تجزیه را مطالعه کنید و مناسب ترین روش را برای کار خود انتخاب کنید.
3. با استفاده از آزمایش مشخص کنید که کدام فلز در نمک موجود است.

فصل 1.

شیمی تجزیه.

شیمی تجزیه -شاخه ای از شیمی که ترکیب شیمیایی و بخشی از ساختار مواد را مطالعه می کند.

هدف این علم تعیین عناصر شیمیایی یا گروه هایی از عناصر تشکیل دهنده مواد است.

موضوع مطالعه آن بهبود روش های موجود و توسعه روش های جدید تحلیل، جستجوی فرصت ها برای کاربرد عملی آنها و بررسی مبانی نظری روش های تحلیلی است.

بسته به هدف روش ها، بین تحلیل کیفی و کمی تمایز قائل می شود.

1. تجزیه و تحلیل کیفی مجموعه ای از روش های شیمیایی، فیزیکوشیمیایی و فیزیکی است که برای شناسایی عناصر، رادیکال ها و ترکیباتی که بخشی از ماده مورد تجزیه و تحلیل یا مخلوطی از مواد هستند استفاده می شود. در تجزیه و تحلیل کیفی می توان از واکنش های شیمیایی مشخصه ای که به راحتی امکان پذیر است استفاده کرد که در آن ظاهر یا ناپدید شدن رنگ، آزاد شدن یا انحلال رسوب، تشکیل گاز و غیره مشاهده می شود که به این گونه واکنش ها کیفی و با کمک آنها به راحتی می توانید ترکیب یک ماده را بررسی کنید.

تجزیه و تحلیل کیفی اغلب در محلول های آبی انجام می شود. این بر اساس واکنش های یونی است و به شما امکان می دهد کاتیون ها یا آنیون های مواد موجود در آنجا را شناسایی کنید. رابرت بویل را بنیانگذار این تحلیل می دانند. او این ایده از عناصر شیمیایی را به عنوان اجزای اساسی غیر قابل تجزیه مواد پیچیده معرفی کرد و پس از آن تمام واکنش های کیفی شناخته شده در زمان خود را سیستماتیک کرد.

1. تجزیه و تحلیل کمی مجموعه ای از روش های شیمیایی، فیزیکوشیمیایی و فیزیکی برای تعیین نسبت اجزای موجود در ترکیب است.

آنالیت از نتایج این امر می توان ثابت های تعادل، محصولات حلالیت، جرم مولکولی و اتمی را تعیین کرد. انجام چنین تحلیلی دشوارتر است، زیرا نیاز به رویکرد دقیق و پر زحمت بیشتری دارد، در غیر این صورت، نتایج ممکن است خطاهای زیادی ایجاد کند و کار به صفر برسد.

تحلیل کمی معمولاً مقدم بر تحلیل کیفی است.

فصل 2.

روشهای آنالیز شیمیایی

روش های آنالیز شیمیایی به 3 گروه تقسیم می شوند.

1. روش های شیمیاییبر اساس واکنش های شیمیایی

در این حالت فقط آن دسته از واکنش هایی را می توان برای تجزیه و تحلیل استفاده کرد که با یک اثر خارجی قابل مشاهده همراه باشد، مثلاً تغییر رنگ محلول، آزاد شدن گازها، رسوب یا انحلال بارش و غیره. در این مورد به عنوان سیگنال های تحلیلی عمل خواهد کرد. تغییرات شیمیایی که اتفاق می افتد را واکنش های تحلیلی و موادی که باعث این واکنش ها می شوند را معرف های شیمیایی می نامند.

تمام روش های شیمیایی به دو گروه تقسیم می شوند:

1. واکنش در محلول، به اصطلاح "مسیر مرطوب" انجام می شود.
2. روشی برای انجام آنالیز بر روی جامدات بدون استفاده از حلال ها "مسیر خشک" نامیده می شود. آن را به تجزیه و تحلیل پیروشیمیایی و تجزیه و تحلیل trituration تقسیم می شود. درتجزیه و تحلیل پیروشیمیایی وماده مورد آزمایش در شعله یک مشعل گاز گرم می شود. در این حالت نمک های فرار (کلریدها، نیترات ها، کربنات ها) تعدادی از فلزات رنگ خاصی به شعله می دهند. روش دیگر آنالیز پیروتکنیک تولید مرواریدهای رنگی (شیشه) است. برای به دست آوردن مروارید، نمک ها و اکسیدهای فلزی با تترابورات سدیم (Na2 B4O7 "10H2O) یا سدیم آمونیوم هیدروژن فسفات (NaNH4HP04 4H20) ذوب شده و رنگ شیشه های حاصل (مروارید) مشاهده می شود.
3. روش مالشدر پیشنهاد شد 1898 توسط F. M. Flavitsky. ماده آزمایش جامد با یک معرف جامد آسیاب می شود و اثر خارجی مشاهده می شود. به عنوان مثال، نمک های کبالت با تیوسیانات آمونیوم می توانند رنگ آبی ایجاد کنند.

1. هنگامی که با روش های فیزیکی تجزیه و تحلیل می شودبررسی خواص فیزیکی ماده با استفاده از ابزار بدون توسل به واکنش های شیمیایی. روش های فیزیکی شامل آنالیز طیفی، لومینسانس، پراش اشعه ایکس و سایر روش های آنالیز می باشد.
2. استفاده از روش های فیزیکی و شیمیاییبررسی پدیده های فیزیکی که در واکنش های شیمیایی رخ می دهد. به عنوان مثال، با روش رنگ سنجی، شدت رنگ بسته به غلظت ماده اندازه گیری می شود؛ در تجزیه و تحلیل هدایت سنجی، تغییر رسانایی الکتریکی محلول ها اندازه گیری می شود.

فصل 3.

کار آزمایشگاهی.

واکنش های رنگ شعله

هدف: مطالعه رنگ‌آمیزی شعله لامپ الکلی توسط یون‌های فلزی.

در کارم تصمیم گرفتم از روش آنالیز پیروتکنیک رنگ آمیزی شعله با یون های فلزی استفاده کنم.

مواد آزمایش:نمک های فلزی (سدیم فلوراید، کلرید لیتیوم، سولفات مس، کلرید باریم، کلرید کلسیم، سولفات استرانسیم، کلرید منیزیم، سولفات سرب).

تجهیزات: فنجان های چینی، اتیل الکل، میله شیشه ای، اسید هیدروکلریک غلیظ.

برای انجام کار، محلولی از نمک در الکل اتیلیک درست کردم و سپس آن را آتش زدم. من چندین بار آزمایش خود را انجام دادم، در مرحله آخر بهترین نمونه ها انتخاب شدند و پس از آن یک ویدیو ساختیم.

نتیجه گیری:

نمک های فرار بسیاری از فلزات شعله را در رنگ های مختلف مشخصه این فلزات رنگ می کنند. رنگ بستگی به بخارات داغ فلزات آزاد دارد که در نتیجه تجزیه حرارتی نمک ها هنگام وارد شدن به شعله مشعل به دست می آید. در مورد من، این نمک‌ها شامل فلوراید سدیم و کلرید لیتیوم بود؛ آنها رنگ‌های روشن و اشباع را می‌دادند.

نتیجه.

تجزیه و تحلیل شیمیایی توسط انسان در بسیاری از زمینه ها استفاده می شود، اما در درس های شیمی تنها با بخش کوچکی از این علم پیچیده آشنا می شویم. تکنیک های مورد استفاده در تجزیه و تحلیل پیروشیمیایی در تجزیه و تحلیل کیفی به عنوان یک آزمایش اولیه هنگام تجزیه و تحلیل مخلوطی از مواد خشک یا به عنوان واکنش های غربالگری استفاده می شود. در تجزیه و تحلیل کیفی، واکنش های "خشک" تنها نقش کمکی ایفا می کنند، آنها معمولا به عنوان آزمایش های اولیه و واکنش های تایید استفاده می شوند.

علاوه بر این، این واکنش ها توسط انسان در صنایع دیگر، به عنوان مثال، در آتش بازی استفاده می شود. همانطور که می دانیم آتش بازی چراغ های تزئینی با رنگ ها و اشکال مختلف است که از سوزاندن ترکیبات آتش نشانی به دست می آید. بنابراین، پیروتکنسین ها انواع مختلفی از مواد قابل اشتعال را به ترکیب آتش بازی اضافه می کنند که در میان آنها عناصر غیر فلزی (سیلیکون، بور، گوگرد) به طور گسترده ای نشان داده شده است. در طی اکسیداسیون بور و سیلیکون، مقدار زیادی انرژی آزاد می شود، اما فرآورده های گازی تشکیل نمی شوند، بنابراین از این مواد برای ایجاد فیوزهای تاخیری (برای احتراق سایر ترکیبات در زمان معین) استفاده می شود. بسیاری از مخلوط ها شامل مواد کربن آلی هستند. به عنوان مثال، زغال چوب (مورد استفاده در پودر سیاه، پوسته های آتش بازی) یا شکر (نارنجک های دودی). از فلزات شیمیایی فعال (آلومینیوم، تیتانیوم، منیزیم) استفاده می شود که احتراق آنها در دمای بالا باعث تولید نور روشن می شود. از این ملک برای پرتاب آتش بازی استفاده می شد.

در روند کار متوجه شدم که کار با مواد چقدر سخت و مهم است؛ همه چیز آنطور که می خواستم موفق نبود. به عنوان یک قاعده، دروس شیمی فاقد کار عملی است که به لطف آن مهارت های نظری ایجاد می شود. این پروژه به من کمک کرد تا این مهارت را توسعه دهم. علاوه بر این، با کمال خرسندی، همکلاسی هایم را با نتایج کارم آشنا کردم. این به آنها کمک کرد تا دانش نظری خود را تثبیت کنند.

حدس زدن اینکه رنگ شعله توسط مواد شیمیایی در حال سوختن در آن تعیین می شود دشوار نیست، اگر قرار گرفتن در معرض دمای بالا اتم های جداگانه ای از مواد قابل احتراق را آزاد کند و آتش را رنگ آمیزی کند. برای تعیین تاثیر مواد بر رنگ آتش، آزمایش های مختلفی انجام شد که در ادامه به آنها می پردازیم.

از زمان های قدیم، کیمیاگران و دانشمندان سعی کرده اند بسته به رنگی که شعله به دست می آورد، بفهمند چه موادی می سوزند.

شعله های آبگرمکن گازی و اجاق گاز موجود در تمامی منازل و آپارتمان ها رنگ آبی دارد. هنگام سوزاندن، این سایه توسط کربن، مونوکسید کربن تولید می شود. رنگ زرد مایل به نارنجی شعله آتشی که در جنگل روشن می شود یا کبریت های خانگی به دلیل محتوای بالای نمک های سدیم در چوب طبیعی است. تا حد زیادی به لطف این - قرمز. شعله مشعل اجاق گاز اگر نمک معمولی روی آن بپاشید به همان رنگ می رسد. وقتی مس می سوزد، شعله سبز می شود. فکر می کنم متوجه شده اید که وقتی یک حلقه یا زنجیر ساخته شده از مس معمولی را که برای مدت طولانی با یک ترکیب محافظ پوشانده نشده است بپوشید، پوست سبز می شود. در فرآیند احتراق نیز همین اتفاق می افتد. اگر محتوای مس زیاد باشد، یک نور سبز بسیار روشن ظاهر می شود، تقریباً یکسان با سفید. اگر براده های مسی را روی یک مشعل گاز بپاشید، این امر قابل مشاهده است.

آزمایش های زیادی با استفاده از یک مشعل گازی معمولی و مواد معدنی مختلف انجام شده است. به این ترتیب ترکیب آنها مشخص شد. باید ماده معدنی را با موچین بردارید و در شعله قرار دهید. رنگی که آتش به خود می گیرد می تواند ناخالصی های مختلف موجود در عنصر را نشان دهد. شعله سبز و سایه های آن نشان دهنده وجود مس، باریم، مولیبدن، آنتیموان و فسفر است. بور رنگ سبز آبی تولید می کند. سلنیوم به شعله رنگ آبی می دهد. شعله در حضور استرانسیم، لیتیوم و کلسیم قرمز و بنفش - پتاسیم است. رنگ زرد نارنجی در هنگام سوختن سدیم ایجاد می شود.

مطالعات مواد معدنی برای تعیین ترکیب آنها با استفاده از مشعل Bunsen انجام می شود. رنگ شعله آن یکنواخت و بی رنگ است و در روند آزمایش اختلالی ایجاد نمی کند. Bunsen مشعل را در اواسط قرن 19 اختراع کرد.

او روشی ابداع کرد که به فرد امکان می دهد ترکیب یک ماده را با سایه شعله تعیین کند. دانشمندان قبل از او سعی کرده بودند آزمایش های مشابهی انجام دهند، اما مشعل Bunsen نداشتند که شعله بی رنگ آن مانع پیشرفت آزمایش نشود. او عناصر مختلفی را روی یک سیم پلاتین در آتش مشعل قرار داد، زیرا وقتی این فلز اضافه می شود، شعله رنگی نمی شود. در نگاه اول، روش خوب به نظر می رسد؛ تجزیه و تحلیل شیمیایی کار فشرده را می توان کنار گذاشت. فقط باید عنصر را روی آتش بیاورید و ببینید از چه چیزی تشکیل شده است. اما موادی به شکل خالص خود به ندرت در طبیعت یافت می شوند. آنها معمولاً حاوی مقادیر زیادی ناخالصی های مختلف هستند که رنگ شعله را تغییر می دهند.

Bunsen سعی کرد رنگ ها و سایه ها را با استفاده از روش های مختلف برجسته کند. مثلا استفاده از شیشه های رنگی. بیایید بگوییم که اگر از شیشه آبی نگاه کنید، رنگ زردی را که هنگام سوزاندن رایج‌ترین نمک‌های سدیم در آتش ایجاد می‌شود، نخواهید دید. سپس سایه یاسی یا زرشکی عنصر مورد نظر قابل تشخیص می شود. اما حتی چنین ترفندهایی در موارد بسیار نادر منجر به تعیین صحیح ترکیب یک ماده معدنی پیچیده شد. این فناوری نمی توانست دستاورد بیشتری داشته باشد.

امروزه از چنین مشعل فقط برای لحیم کاری استفاده می شود.

آلومینیوم -فلز قابل اشتعال، جرم اتمی 26.98; چگالی 2700 کیلوگرم بر متر مکعب، نقطه ذوب 660.1 درجه سانتیگراد. نقطه جوش 2486 درجه سانتیگراد؛ ارزش حرارتی -31087 کیلوژول بر کیلوگرم. براده های آلومینیومی و گرد و غبار می توانند تحت تأثیر موضعی منابع اشتعال کم کالری (شعله کبریت، جرقه و غیره) مشتعل شوند. هنگامی که پودر آلومینیوم، براده ها و فویل با رطوبت تعامل می کنند، اکسید آلومینیوم تشکیل می شود و مقدار زیادی گرما آزاد می شود که منجر به احتراق خود به خودی آن ها در صورت انباشته شدن در کپه ها می شود. این فرآیند با آلودگی این مواد با روغن ها تسهیل می شود. آزاد شدن هیدروژن آزاد در اثر تعامل گرد و غبار آلومینیوم با رطوبت، انفجار آن را تسهیل می کند. دمای خود اشتعال یک نمونه گرد و غبار آلومینیوم با پراکندگی 27 میکرون 520 درجه سانتیگراد است. دمای ذوب 410 درجه سانتیگراد; حد غلظت پایین انتشار شعله 40 گرم بر متر مکعب; حداکثر فشار انفجار 1.3 مگاپاسکال؛ نرخ افزایش فشار: متوسط ​​24.1 مگاپاسکال در ثانیه، حداکثر 68.6 مگاپاسکال در ثانیه. حداکثر غلظت اکسیژن که در آن احتراق سیستم تعلیق هوا توسط جرقه الکتریکی حذف می شود 3٪ از حجم است. گرد و غبار نشسته یک خطر آتش سوزی است. دمای خود اشتعال 320 درجه سانتی گراد آلومینیوم به راحتی در دمای اتاق با محلول های آبی قلیایی و آمونیاک واکنش نشان می دهد و هیدروژن آزاد می کند. مخلوط کردن پودر آلومینیوم با محلول آبی قلیایی ممکن است باعث انفجار شود. با بسیاری از متالوئیدها به شدت واکنش می دهد. تراشکاری های آلومینیومی، به عنوان مثال، در برم می سوزند و برمید آلومینیوم را تشکیل می دهند. برهمکنش آلومینیوم با کلر و برم در دمای اتاق و با ید - هنگام گرم شدن اتفاق می افتد. هنگامی که آلومینیوم گرم می شود، با گوگرد ترکیب می شود. اگر پودر آلومینیوم را به بخار گوگرد در حال جوش اضافه کنید، آلومینیوم آتش می گیرد. آلومینیوم به شدت آسیاب شده با هیدروکربن های هالوژنه واکنش می دهد. مقدار کمی از کلرید آلومینیوم موجود (تشکیل شده در طی این واکنش) به عنوان یک کاتالیزور عمل می کند و واکنش را تسریع می کند و در برخی موارد منجر به انفجار می شود. این پدیده زمانی مشاهده می شود که پودر آلومینیوم با متیل کلرید، تتراکلرید کربن، مخلوطی از کلروفرم و تتراکلرید کربن تا دمای حدود 150 درجه سانتی گراد گرم شود.

آلومینیوم به شکل یک ماده فشرده با تتراکلرید کربن برهمکنش ندارد. مخلوط کردن گرد و غبار آلومینیوم با مقداری هیدروکربن های کلردار و الکل باعث می شود که مخلوط به طور خود به خود مشتعل شود. مخلوطی از پودر آلومینیوم با اکسید مس، اکسید نقره، اکسید سرب و به خصوص دی اکسید سرب به صورت انفجاری می سوزد. مخلوطی از نیترات آمونیوم، پودر آلومینیوم با زغال سنگ یا ترکیبات نیترو یک ماده منفجره است. مواد خاموش کننده: ماسه خشک، آلومینا، پودر منیزیت، پتوی آزبست. استفاده از آب و کپسول آتش نشانی ممنوع است.

آلومینیوم به شکل خالص در طبیعت وجود ندارد، زیرا به سرعت توسط اکسیژن اتمسفر اکسید می شود و لایه های اکسید قوی ایجاد می کند که سطح را از تعامل بیشتر محافظت می کند.

معمولاً از آلومینیوم خالص به عنوان یک ماده ساختاری استفاده نمی شود، بلکه از آلیاژهای مختلفی بر اساس آن استفاده می شود که با ترکیبی از استحکام رضایت بخش، شکل پذیری خوب، جوش پذیری بسیار خوب و مقاومت در برابر خوردگی مشخص می شود. علاوه بر این، این آلیاژها با مقاومت در برابر لرزش بالا مشخص می شوند.

عنصر شیمیایی گروه III جدول تناوبی، عدد اتمی 13، جرم اتمی نسبی 26.98. در طبیعت، تنها با یک هسته پایدار نشان داده می شود 27 ال. تعدادی ایزوتوپ رادیواکتیو آلومینیوم به طور مصنوعی به دست آمده است که طولانی ترین ایزوتوپ های آلومینیومی هستند. 26 نیمه عمر آل 720 هزار سال است. آلومینیوم در طبیعت مقدار زیادی آلومینیوم در پوسته زمین وجود دارد: 8.6٪ وزن. در بین تمام فلزات در رتبه اول و در بین سایر عناصر (پس از اکسیژن و سیلیکون) رتبه سوم را دارد. آلومینیوم دو برابر آهن و 350 برابر بیشتر از ترکیب مس، روی، کروم، قلع و سرب وجود دارد! همانطور که بیش از 100 سال پیش در کتاب کلاسیک خود نوشت مبانی شیمی D.I. مندلیف، از میان تمام فلزات، "آلومینیوم در طبیعت رایج ترین است. کافی است اشاره کنیم که بخشی از خاک رس است تا توزیع جهانی آلومینیوم در پوسته زمین را روشن کند. آلومینیوم یا فلز آلوم (آلومن) به دلیل اینکه در خاک رس یافت می شود، رس نیز نامیده می شود.

مهمترین ماده معدنی آلومینیوم بوکسیت است که مخلوطی از اکسید اصلی AlO(OH) و هیدروکسید Al(OH) است.

3 . بزرگترین ذخایر بوکسیت در استرالیا، برزیل، گینه و جامائیکا قرار دارد. تولید صنعتی در کشورهای دیگر نیز انجام می شود. آلونیت (سنگ آلوم) همچنین سرشار از آلومینیوم (Na,K) است. 2 SO 4 Al 2 (SO 4) 3 4Al(OH) 3، نفلین (Na,K) 2 O Al 2 O 3 2SiO 2 . در مجموع بیش از 250 ماده معدنی حاوی آلومینیوم شناخته شده است. بیشتر آنها آلومینوسیلیکات هستند که عمدتاً پوسته زمین از آنها تشکیل شده است. هنگامی که آنها هوا می گیرند، خاک رس تشکیل می شود که اساس آن کانی کائولینیت Al است 2 O 3 2SiO 2 2H 2 O- ناخالصی های آهن معمولاً خاک رس را قهوه ای رنگ می کند، اما خاک رس سفید و کائولن نیز وجود دارد که از آن برای ساخت ظروف چینی و سفالی استفاده می شود. همچنین ببینید BOXIT.

گاهی اوقات، اکسید آل کریستالی کوراندوم معدنی بسیار سخت (پس از الماس) یافت می شود.

2 O 3 ، اغلب توسط ناخالصی ها در رنگ های مختلف رنگ می شود. نوع آبی آن (مخلوطی از تیتانیوم و آهن) یاقوت کبود و قرمز (مخلوطی از کروم) یاقوت نام دارد. ناخالصی های مختلف همچنین می توانند به اصطلاح کوراندوم نجیب را به رنگ سبز، زرد، نارنجی، بنفش و سایر رنگ ها و سایه ها رنگ کنند.

تا همین اواخر، اعتقاد بر این بود که آلومینیوم، به عنوان یک فلز بسیار فعال، نمی تواند در طبیعت در حالت آزاد وجود داشته باشد، اما در سال 1978، آلومینیوم بومی در صخره های سکوی سیبری به شکل کریستال های نخ مانند تنها 0.5 کشف شد. میلی متر طول (با ضخامت نخ چند میکرومتر). آلومینیوم بومی نیز در خاک ماه کشف شد که از مناطق دریاهای بحران و فراوانی به زمین آورده شد. اعتقاد بر این است که فلز آلومینیوم می تواند از تراکم گاز تشکیل شود. مشخص است که وقتی هالیدهای آلومینیوم - کلرید، برومید، فلوراید - گرم می شوند، می توانند با سهولت بیشتر یا کمتر تبخیر شوند (به عنوان مثال، AlCl

3 قبلاً در دمای 180 درجه سانتیگراد تعالی می یابد. با افزایش شدید دما، هالیدهای آلومینیوم تجزیه می شوند و به حالتی با ظرفیت فلزی پایین تر، به عنوان مثال، AlCl تبدیل می شوند. هنگامی که چنین ترکیبی با کاهش دما و عدم وجود اکسیژن متراکم می شود، یک واکنش عدم تناسب در فاز جامد رخ می دهد: برخی از اتم های آلومینیوم اکسید شده و به حالت سه ظرفیتی معمول می روند و برخی کاهش می یابند. آلومینیوم تک ظرفیتی را فقط می توان به فلز کاهش داد: 3AlCl® 2Al + AlCl 3 . این فرض همچنین توسط شکل نخ مانند کریستال های آلومینیومی بومی پشتیبانی می شود. به طور معمول، کریستال های این ساختار به دلیل رشد سریع از فاز گاز تشکیل می شود. این احتمال وجود دارد که قطعات آلومینیومی میکروسکوپی در خاک ماه به روش مشابهی تشکیل شده باشند.

نام آلومینیوم از کلمه لاتین alumen (جنس aluminis) گرفته شده است. این نام زاج، دو سولفات پتاسیم-آلومینیوم KAl (SO) بود

4) 2 12H 2 O) که در رنگرزی پارچه ها به عنوان ماست استفاده می شد. نام لاتین احتمالاً به یونانی "halme" - آب نمک، آب نمک برمی گردد. جالب است که در انگلستان آلومینیوم آلومینیوم است و در ایالات متحده آمریکا آلومینیوم است.

بسیاری از کتاب‌های مشهور شیمی حاوی افسانه‌ای هستند که مخترع خاصی، که نامش در تاریخ حفظ نشده است، کاسه‌ای ساخته شده از فلزی شبیه به رنگ نقره، اما سبک‌تر، برای امپراتور تیبریوس، که در سال 1427 پس از میلاد بر روم حکومت می‌کرد، آورده است. این هدیه به قیمت جان استاد تمام شد: تیبریوس دستور اعدام او و تخریب کارگاه را صادر کرد، زیرا می ترسید که فلز جدید بتواند ارزش نقره موجود در خزانه امپراتوری را کاهش دهد.

این افسانه بر اساس داستانی از پلینی بزرگ، نویسنده و محقق رومی، نویسنده است. تاریخ طبیعیدایره المعارف دانش علوم طبیعی دوران باستان. به گفته پلینی، فلز جدید از «زمین رسی» به دست آمده است. اما خاک رس حاوی آلومینیوم است.

نویسندگان مدرن تقریباً همیشه متذکر می شوند که کل این داستان چیزی بیش از یک افسانه زیبا نیست. و این تعجب آور نیست: آلومینیوم موجود در سنگ ها به شدت به اکسیژن متصل است و برای آزاد کردن آن باید انرژی زیادی صرف شود. با این حال، اخیراً داده های جدیدی در مورد امکان اساسی به دست آوردن آلومینیوم فلزی در دوران باستان ظاهر شده است. همانطور که تجزیه و تحلیل طیفی نشان داد، تزئینات روی مقبره فرمانده چینی ژو-ژو، که در آغاز قرن سوم درگذشت. AD، از آلیاژی متشکل از 85 درصد آلومینیوم ساخته شده اند. آیا گذشتگان می توانستند آلومینیوم رایگان به دست آورند؟ تمام روش های شناخته شده (الکترولیز، کاهش با سدیم فلزی یا پتاسیم) به طور خودکار حذف می شوند. آیا می‌توان آلومینیوم بومی را در دوران باستان یافت، مانند قطعاتی از طلا، نقره و مس؟ این نیز مستثنی است: آلومینیوم بومی یک ماده معدنی کمیاب است که در مقادیر ناچیز یافت می شود، بنابراین صنعتگران باستانی نمی توانستند چنین قطعاتی را به مقدار لازم پیدا و جمع آوری کنند.

با این حال، توضیح دیگری برای داستان پلینی ممکن است. آلومینیوم را می توان از سنگ معدن نه تنها با کمک برق و فلزات قلیایی بازیابی کرد. یک عامل کاهنده در دسترس است و از زمان های قدیم به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرد - زغال سنگ که با کمک آن اکسیدهای بسیاری از فلزات هنگام گرم شدن به فلزات آزاد تبدیل می شوند. در اواخر دهه 1970، شیمیدانان آلمانی تصمیم گرفتند آزمایش کنند که آیا آلومینیوم در دوران باستان از طریق احیا با زغال سنگ تولید می شده است یا خیر. آنها مخلوطی از خاک رس را با پودر زغال سنگ و نمک خوراکی یا پتاس (کربنات پتاسیم) در یک بوته رسی به حرارت قرمز حرارت دادند. نمک از آب دریا و پتاس از خاکستر گیاهان به دست می آمد تا فقط از آن مواد و روش هایی استفاده شود که در دوران باستان موجود بود. پس از مدتی سرباره با گلوله های آلومینیومی به سطح بوته شناور شد! بازده فلز کم بود

, اما ممکن است از این طریق متالوژیست های باستانی بتوانند «فلز قرن بیستم» را بدست آورند.خواص آلومینیوم. رنگ آلومینیوم خالص شبیه نقره است؛ این فلز بسیار سبک است: چگالی آن تنها 2.7 گرم در سانتی متر است. 3 . تنها فلزات سبک تر از آلومینیوم، فلزات قلیایی و قلیایی خاکی (به جز باریم)، ​​بریلیم و منیزیم هستند. آلومینیوم همچنین در دمای 600 درجه سانتیگراد به راحتی ذوب می شود (سیم آلومینیوم نازک را می توان روی یک مشعل معمولی آشپزخانه ذوب کرد)، اما فقط در دمای 2452 درجه می جوشد.ج- از نظر رسانایی الکتریکی، آلومینیوم در جایگاه چهارم پس از نقره (در مقام اول)، مس و طلا قرار دارد که با توجه به قیمت پایین آلومینیوم از اهمیت عملی بالایی برخوردار است. رسانایی حرارتی فلزات به همان ترتیب تغییر می کند. به راحتی می توان با فرو بردن یک قاشق آلومینیومی در چای داغ، هدایت حرارتی بالای آلومینیوم را تأیید کرد. و یک ویژگی قابل توجه دیگر این فلز: سطح صاف و براق آن نور را کاملاً منعکس می کند: از 80 تا 93٪ در ناحیه مرئی طیف بسته به طول موج. در ناحیه فرابنفش، آلومینیوم از این نظر برابری ندارد و فقط در ناحیه قرمز کمی از نقره کمتر است (در ناحیه ماوراء بنفش، نقره بازتاب بسیار کمی دارد).

آلومینیوم خالص یک فلز نسبتاً نرم است، تقریباً سه برابر نرم‌تر از مس، بنابراین حتی صفحات و میله‌های آلومینیومی نسبتاً ضخیم به راحتی خم می‌شوند، اما وقتی آلومینیوم آلیاژهایی را تشکیل می‌دهد (تعداد زیادی از آنها وجود دارد)، سختی آن می‌تواند ده برابر شود.

حالت اکسیداسیون مشخصه آلومینیوم +3 است، اما به دلیل وجود 3 پر نشده است آر- و 3

د اوربیتال‌ها، اتم‌های آلومینیوم می‌توانند پیوندهای دهنده-پذیرنده اضافی تشکیل دهند. بنابراین، یون آل 3+ با شعاع کوچک بسیار مستعد تشکیل کمپلکس است و انواع کمپلکس های کاتیونی و آنیونی را تشکیل می دهد: AlCl4، AlF 6 3، 3+، Al(OH) 4، Al(OH) 6 3، AlH 4و خیلی های دیگر. کمپلکس هایی با ترکیبات آلی نیز شناخته شده اند.

فعالیت شیمیایی آلومینیوم بسیار بالا است. در سری پتانسیل های الکترود بلافاصله پشت منیزیم قرار می گیرد. در نگاه اول، چنین جمله ای ممکن است عجیب به نظر برسد: از این گذشته، یک تابه یا قاشق آلومینیومی در هوا کاملاً پایدار است و در آب جوش فرو نمی ریزد. آلومینیوم بر خلاف آهن زنگ نمی زند. معلوم می شود که وقتی در معرض هوا قرار می گیرد، فلز با یک زره بی رنگ، نازک اما بادوام از اکسید پوشیده می شود که از فلز در برابر اکسیداسیون محافظت می کند. بنابراین، اگر یک سیم یا صفحه آلومینیومی ضخیم به ضخامت 0.51 میلی متر را به شعله مشعل وارد کنید، فلز ذوب می شود، اما آلومینیوم جریان نمی یابد، زیرا در کیسه ای از اکسید خود باقی می ماند. اگر آلومینیوم را از لایه محافظ خود محروم کنید یا آن را شل کنید (مثلاً با غوطه ور کردن آن در محلول نمک های جیوه)، آلومینیوم فوراً ماهیت واقعی خود را آشکار می کند: در دمای اتاق شروع به واکنش شدید با آب می کند و هیدروژن آزاد می کند. : 2Al + 6H

2 O ® 2Al(OH) 3 + 3H 2 . در هوا، آلومینیوم بدون لایه محافظ خود به پودر اکسید شل درست در مقابل چشمان ما تبدیل می شود: 2Al + 3O 2 ® 2Al 2 O 3 . آلومینیوم به ویژه در حالت ریز خرد شده فعال است. هنگامی که در شعله دمیده می شود، گرد و غبار آلومینیوم فورا می سوزد. اگر گرد و غبار آلومینیوم را با پراکسید سدیم روی یک صفحه سرامیکی مخلوط کنید و آب را روی مخلوط بریزید، آلومینیوم نیز شعله ور می شود و با شعله سفید می سوزد.

میل ترکیبی بسیار بالای آلومینیوم برای اکسیژن به آن اجازه می دهد تا اکسیژن را از اکسیدهای تعدادی از فلزات دیگر "برداشته" کند و آنها را کاهش دهد (روش آلومینوترمی). معروف ترین نمونه مخلوط ترمیت است که از احتراق آن گرمای زیادی آزاد می شود که آهن حاصل ذوب می شود: 8Al + 3Fe

3 O 4 ® 4Al 2 O 3 + 9 Fe. این واکنش در سال 1856 توسط N.N. Beketov کشف شد. به این ترتیب آهن را می توان به فلزات کاهش داد2 O 3، CoO، NiO، MoO 3، V 2 O 5، SnO 2، CuO، تعدادی اکسید دیگر. هنگام کاهش با آلومینیوم کروم2 O 3، Nb 2 O 5، Ta 2 O 5، SiO 2، TiO 2، ZrO 2، B 2 O 3گرمای واکنش برای گرم کردن محصولات واکنش بالاتر از نقطه ذوب آنها کافی نیست.

آلومینیوم به راحتی در اسیدهای معدنی رقیق حل می شود و نمک تشکیل می دهد. اسید نیتریک غلیظ، که سطح آلومینیوم را اکسید می کند، باعث ضخیم شدن و تقویت لایه اکسیدی (به اصطلاح غیرفعال شدن فلز) می شود. آلومینیومی که به این روش درمان می شود حتی با اسید کلریدریک واکنش نشان نمی دهد. با استفاده از الکتروشیمیایی

اکسیداسیون آندی (آندایزینگ) می تواند یک لایه ضخیم بر روی سطح آلومینیوم ایجاد کند که به راحتی می توان آن را در رنگ های مختلف رنگ آمیزی کرد.

جابجایی فلزات کمتر فعال توسط آلومینیوم از محلول های نمک اغلب توسط یک فیلم محافظ روی سطح آلومینیوم مانع می شود. این فیلم به سرعت توسط کلرید مس از بین می رود، بنابراین واکنش 3CuCl به راحتی رخ می دهد

2 + 2Al® 2AlCl 3 + 3Cu که با گرمایش قوی همراه است. در محلول های قلیایی قوی، آلومینیوم به راحتی با آزاد شدن هیدروژن حل می شود: 2Al + 6NaOH + 6H 2 O ® 2Na 3 + 3H 2 (سایر کمپلکس های هیدروکسی آنیونی نیز تشکیل می شوند). ماهیت آمفوتریک ترکیبات آلومینیوم نیز در انحلال آسان اکسید و هیدروکسید تازه رسوب شده آن در قلیاها آشکار می شود. اکسید کریستالی (کوروندم) در برابر اسیدها و قلیاها بسیار مقاوم است. هنگامی که با قلیاها ذوب می شوند، آلومینات های بی آب تشکیل می شوند: Al 2 O 3 + 2 NaOH ® 2NaAlO 2 + H 2 O. آلومینات منیزیم Mg(AlO 2) 2 یک سنگ اسپینل نیمه قیمتی که معمولاً با ناخالصی ها در رنگ های متنوع رنگ آمیزی می شود.

واکنش آلومینیوم با هالوژن ها به سرعت اتفاق می افتد. اگر یک سیم آلومینیومی نازک به یک لوله آزمایش با 1 میلی لیتر برم وارد شود، پس از مدت کوتاهی آلومینیوم مشتعل شده و با شعله ای روشن می سوزد. واکنش مخلوطی از پودرهای آلومینیوم و ید با یک قطره آب آغاز می شود (آب با ید اسیدی را تشکیل می دهد که فیلم اکسید را از بین می برد) پس از آن شعله ای روشن با ابرهای بخار ید بنفش ظاهر می شود. هالیدهای آلومینیوم در محلول های آبی به دلیل هیدرولیز اسیدی هستند: AlCl

3 + H 2 O Al(OH)Cl 2 + HCl. واکنش آلومینیوم با نیتروژن تنها در بالای 800 درجه سانتیگراد با تشکیل نیترید AlN، با گوگرد در 200 درجه سانتیگراد رخ می دهد (سولفید Al تشکیل می شود. 2 S 3 ، با فسفر در دمای 500 درجه سانتیگراد (فسفید AlP تشکیل می شود). هنگامی که بور به آلومینیوم مذاب اضافه می شود، بوریدهایی با ترکیب AlB تشکیل می شوند 2 و ALB 12 ترکیبات نسوز، مقاوم در برابر اسیدها. هیدرید (AlH) x (x = 1.2) تنها در خلاء در دمای پایین در واکنش هیدروژن اتمی با بخار آلومینیوم تشکیل می شود. هیدرید AlH، پایدار در غیاب رطوبت در دمای اتاق 3 تهیه شده در محلول اتر بی آب: Al Cl 3 + LiH ® AlH 3 + 3LiCl. با بیش از حد LiH، لیتیوم آلومینیوم هیدرید نمک مانند LiAlH تشکیل می شود. 4 یک عامل کاهنده بسیار قوی که در سنتزهای آلی استفاده می شود. فوراً با آب تجزیه می شود: LiAlH 4 + 4H 2 O ® LiOH + Al(OH) 3 + 4H 2 . تولید آلومینیوم. کشف مستند آلومینیوم در سال 1825 اتفاق افتاد. این فلز برای اولین بار توسط یک فیزیکدان دانمارکی به دست آمد. هانس کریستین اورستد، زمانی که آن را با اثر آمالگام پتاسیم روی کلرید آلومینیوم بی آب (که با عبور کلر از مخلوط داغ اکسید آلومینیوم و زغال سنگ بدست می آید) جدا کرد. اورستد با تقطیر جیوه، آلومینیوم به دست آورد، اگرچه به ناخالصی‌ها آلوده بود. در سال 1827، شیمیدان آلمانی فردریش ولر، آلومینیوم را به صورت پودر با احیای هگزافلوئوروآلومینات با پتاسیم به دست آورد: Na 3 AlF 6 + 3K ® Al + 3NaF + 3KF. بعدها او موفق شد آلومینیوم را به شکل توپ های فلزی براق به دست آورد. در سال 1854، شیمیدان فرانسوی هنری اتین سنت کلر دیویل اولین روش صنعتی برای تولید آلومینیوم با کاهش مذاب تتراکلروآلومینات با سدیم را توسعه داد: NaAlCl. 4 + 3 Na ® Al + 4 NaCl. با این حال، آلومینیوم همچنان یک فلز بسیار کمیاب و گران قیمت بود. قیمت آن خیلی ارزانتر از طلا و 1500 برابر گرانتر از آهن نبود (الان فقط سه برابر). جغجغه ای از طلا، آلومینیوم و سنگ های قیمتی در دهه 1850 برای پسر امپراتور فرانسه ناپلئون سوم ساخته شد. هنگامی که یک شمش بزرگ آلومینیومی که با روشی جدید تولید شده بود در نمایشگاه جهانی پاریس در سال 1855 به نمایش گذاشته شد، به نظر می رسید که یک جواهر است. قسمت بالایی (به شکل یک هرم) بنای یادبود واشنگتن در پایتخت ایالات متحده از آلومینیوم گرانبها ساخته شده است. در آن زمان، آلومینیوم خیلی ارزانتر از نقره نبود: به عنوان مثال، در ایالات متحده آمریکا در سال 1856 به قیمت 12 دلار در هر پوند (454 گرم) و نقره به قیمت 15 دلار فروخته می شد. فرهنگ لغت دایره المعارف بروکهاوس که در سال 1890 منتشر شد، افرون گفت که «آلومینیوم هنوز هم عمدتاً برای ساخت... کالاهای لوکس استفاده می شود». در آن زمان، سالانه تنها 2.5 تن فلز در سراسر جهان استخراج می شد. تنها در اواخر قرن نوزدهم، زمانی که روش الکترولیتی برای تولید آلومینیوم توسعه یافت، تولید سالانه آن به هزاران تن رسید و در قرن بیستم. میلیون تن این امر آلومینیوم را از یک فلز نیمه قیمتی به فلزی در دسترس تبدیل کرد.

روش مدرن تولید آلومینیوم در سال 1886 توسط یک محقق جوان آمریکایی کشف شد چارلز مارتین هال. او از کودکی به شیمی علاقه مند شد. او با یافتن کتاب درسی قدیمی شیمی پدرش، شروع به مطالعه مجدانه و انجام آزمایش کرد، حتی یک بار از مادرش به دلیل آسیب رساندن به سفره شام ​​سرزنش شد. و 10 سال بعد او یک کشف برجسته کرد که او را در سراسر جهان مشهور کرد.

هال در سن 16 سالگی از معلمش F. F. Jewett شنید که اگر کسی بتواند راهی ارزان برای تولید آلومینیوم بسازد، آن شخص نه تنها خدمت بزرگی به بشریت خواهد کرد، بلکه ثروت هنگفتی نیز به دست خواهد آورد. جیوت می دانست چه می گوید: او قبلاً در آلمان آموزش دیده بود، با ولر کار می کرد و با او در مورد مشکلات تولید آلومینیوم صحبت می کرد. جئوت همچنین نمونه ای از فلز کمیاب را با خود به آمریکا آورد که به شاگردانش نشان داد. ناگهان هال علناً اعلام کرد: "من این فلز را خواهم گرفت!"

شش سال کار سخت ادامه یافت. هال تلاش کرد تا آلومینیوم را با استفاده از روش های مختلف به دست آورد، اما موفق نشد. در نهایت سعی کرد این فلز را با الکترولیز استخراج کند. در آن زمان هیچ نیروگاهی وجود نداشت؛ جریان باید با استفاده از باتری های بزرگ خانگی از زغال سنگ، روی، اسیدهای نیتریک و سولفوریک تولید می شد. هال در انباری کار می کرد که در آنجا یک آزمایشگاه کوچک راه اندازی کرد. خواهرش جولیا که به آزمایشات برادرش علاقه زیادی داشت به او کمک کرد. او تمام نامه ها و ژورنال های کاری او را حفظ کرد که امکان ردیابی واقعی تاریخ کشف روز به روز را فراهم می کند. در اینجا گزیده ای از خاطرات او آمده است:

چارلز همیشه حال و هوای خوبی داشت و حتی در بدترین روزها می توانست به سرنوشت مخترعان بدشانس بخندد. در مواقع شکست، او با پیانوی قدیمی ما آرامش می یافت. او در آزمایشگاه خانگی خود ساعت های طولانی بدون وقفه کار می کرد. و وقتی می‌توانست برای مدتی تنظیمات را ترک کند، با عجله در کل خانه طولانی ما هجوم می‌آورد تا کمی بازی کند... من می‌دانستم که بازی کردن با چنین چیزی

جذابیت و احساس، او مدام به کار خود فکر می کند. و موسیقی در این امر به او کمک کرد.»

سخت ترین کار انتخاب یک الکترولیت و محافظت از آلومینیوم در برابر اکسیداسیون بود. پس از شش ماه کار طاقت فرسا، سرانجام چند توپ کوچک نقره ای در بوته ظاهر شد. هال بلافاصله نزد معلم سابقش دوید تا از موفقیتش به او بگوید. او در حالی که دستش را دراز کرد، بانگ زد: «پروفسور، فهمیدم!» دوجین توپ کوچک آلومینیومی در کف دستش بود. این اتفاق در 23 فوریه 1886 رخ داد. و دقیقاً دو ماه بعد، در 23 آوریل همان سال، فرانسوی پل هروکس یک اختراع مشابه را که به طور مستقل و تقریباً همزمان ساخته بود، به ثبت رساند (دو تصادف دیگر نیز قابل توجه است: هال و هرو در سال 1863 به دنیا آمدند و در سال 1914 درگذشتند.

اکنون اولین توپ های آلومینیومی تولید شده توسط هال در شرکت آلومینیوم آمریکا در پیتسبورگ به عنوان یک یادگار ملی نگهداری می شود و در کالج او بنای یادبودی برای هال وجود دارد که از آلومینیوم ریخته شده است. متعاقباً، جوت نوشت: «مهمترین کشف من کشف انسان بود

. این چارلز ام هال بود که در سن 21 سالگی روشی برای احیای آلومینیوم از سنگ معدن کشف کرد و از این رو آلومینیوم را به فلز شگفت انگیزی تبدیل کرد که اکنون به طور گسترده در سراسر جهان استفاده می شود. پیشگویی Jewett محقق شد: هال به رسمیت شناخته شد و عضو افتخاری بسیاری از انجمن های علمی شد. اما زندگی شخصی او ناموفق بود: عروس نمی خواست با این واقعیت کنار بیاید که نامزدش تمام وقت خود را در آزمایشگاه می گذراند و نامزدی را قطع کرد. هال در کالج زادگاهش آرامش یافت، جایی که تا پایان عمر در آنجا کار کرد. همانطور که برادر چارلز نوشت: "کالج همسر، فرزندانش و هر چیز دیگری در تمام زندگی او بود." هال بخش اعظم ارث خود یعنی 5 میلیون دلار را به کالج واگذار کرد. هال در سن 51 سالگی بر اثر سرطان خون درگذشت.

روش هال امکان تولید آلومینیوم نسبتاً ارزان را در مقیاس بزرگ با استفاده از برق فراهم کرد. اگر از سال 1855 تا 1890 فقط 200 تن آلومینیوم به دست آمد، در دهه بعد با استفاده از روش هال، 28000 تن از این فلز در سراسر جهان به دست آمد! تا سال 1930، تولید جهانی آلومینیوم سالانه به 300 هزار تن رسید. اکنون سالانه بیش از 15 میلیون تن آلومینیوم تولید می شود. در حمام های ویژه در دمای 960970 درجه سانتی گراد، محلول آلومینا (فنی Al

2 O 3 ) در کرایولیت مذاب سدیم 3 AlF 6 ، که بخشی از آن به صورت کانی استخراج می شود و بخشی به طور خاص سنتز می شود. آلومینیوم مایع در پایین حمام (کاتد) تجمع می یابد، اکسیژن در آندهای کربن آزاد می شود که به تدریج می سوزند. در ولتاژ پایین (حدود 4.5 ولت)، الکترولیزها جریان های زیادی را مصرف می کنندتا 250000 A! یک دستگاه الکترولیز حدود یک تن آلومینیوم در روز تولید می کند. تولید به برق زیادی نیاز دارد: برای تولید 1 تن فلز به 15000 کیلووات ساعت برق نیاز است. این مقدار برق توسط یک ساختمان بزرگ 150 آپارتمانی برای یک ماه تمام مصرف می شود. تولید آلومینیوم برای محیط زیست خطرناک است، زیرا هوای اتمسفر با ترکیبات فرار فلوئور آلوده است.کاربرد آلومینیوم. حتی D.I. Mendeleev نوشت که "آلومینیوم فلزی با سبکی و استحکام زیاد و تنوع کم در هوا برای برخی از محصولات بسیار مناسب است." آلومینیوم یکی از رایج ترین و ارزان ترین فلزات است. تصور زندگی مدرن بدون آن دشوار است. جای تعجب نیست که آلومینیوم را فلز قرن بیستم می نامند. این به خوبی به پردازش کمک می کند: آهنگری، مهر زنی، نورد، کشیدن، پرس. آلومینیوم خالص یک فلز نسبتا نرم است. از آن برای ساخت سیم های برق، قطعات ساختاری، فویل مواد غذایی، ظروف آشپزخانه و رنگ نقره ای استفاده می شود. این فلز زیبا و سبک وزن به طور گسترده ای در ساخت و ساز و فناوری هوانوردی استفاده می شود. آلومینیوم نور را به خوبی منعکس می کند. بنابراین برای ساخت آینه با رسوب فلز در خلاء استفاده می شود.

در هواپیما و مهندسی مکانیک، در ساخت سازه های ساختمانی از آلیاژهای آلومینیوم بسیار سخت تری استفاده می شود. یکی از معروف ترین آنها آلیاژ آلومینیوم با مس و منیزیم است (دورالومین یا به سادگی "دورآلومین"؛ نام از شهر آلمانی Duren گرفته شده است). پس از سخت شدن، این آلیاژ سختی خاصی پیدا می کند و تقریباً 7 برابر از آلومینیوم خالص قوی تر می شود. در عین حال، تقریباً سه برابر سبکتر از آهن است. از آلیاژ کردن آلومینیوم با افزودنی های کوچک مس، منیزیم، منگنز، سیلیکون و آهن به دست می آید. سیلومین ها گسترده هستند - آلیاژهای ریخته گری آلومینیوم و سیلیکون. آلیاژهای با مقاومت بالا، برودتی (مقاوم در برابر یخبندان) و مقاوم در برابر حرارت نیز تولید می شوند. پوشش های محافظ و تزئینی به راحتی روی محصولات ساخته شده از آلیاژ آلومینیوم اعمال می شود. سبکی و استحکام آلیاژهای آلومینیوم به ویژه در فناوری هوانوردی مفید است. به عنوان مثال، روتور هلیکوپتر از آلیاژ آلومینیوم، منیزیم و سیلیکون ساخته شده است. برنز آلومینیوم نسبتاً ارزان (تا 11٪ Al) دارای خواص مکانیکی بالایی است، در آب دریا و حتی در اسید هیدروکلریک رقیق پایدار است. از سال 1926 تا 1957، سکه هایی با عیارهای 1، 2، 3 و 5 کوپک از برنز آلومینیومی در اتحاد جماهیر شوروی ضرب شد.

در حال حاضر یک چهارم کل آلومینیوم برای نیازهای ساختمانی مصرف می شود، به همین میزان در مهندسی حمل و نقل مصرف می شود، تقریباً 17٪ برای بسته بندی مواد و قوطی ها و 10٪ در مهندسی برق مصرف می شود.

بسیاری از مخلوط های قابل اشتعال و انفجاری نیز حاوی آلومینیوم هستند. آلوموتول، مخلوطی از تری نیتروتولوئن با پودر آلومینیوم، یکی از قوی ترین مواد منفجره صنعتی است. آمونال یک ماده منفجره متشکل از نیترات آمونیوم، تری نیتروتولوئن و پودر آلومینیوم است. ترکیبات آتش زا حاوی آلومینیوم و یک عامل اکسید کننده: نیترات، پرکلرات است. ترکیبات پیروتکنیک Zvezdochka همچنین حاوی آلومینیوم پودری است.

مخلوطی از پودر آلومینیوم با اکسیدهای فلزی (ترمیت) برای تولید فلزات و آلیاژهای خاص، برای جوشکاری ریل و در مهمات آتش زا استفاده می شود.

آلومینیوم همچنین به عنوان سوخت موشک کاربرد عملی پیدا کرده است. برای سوزاندن کامل 1 کیلوگرم آلومینیوم، تقریباً چهار برابر اکسیژن کمتری نسبت به 1 کیلوگرم نفت سفید لازم است. علاوه بر این، آلومینیوم را می توان نه تنها با اکسیژن آزاد، بلکه با اکسیژن متصل شده، که بخشی از آب یا دی اکسید کربن است، اکسید کرد. هنگامی که آلومینیوم در آب می سوزد، 8800 کیلوژول در هر کیلوگرم محصول آزاد می شود. این 1.8 برابر کمتر از هنگام احتراق فلز در اکسیژن خالص است، اما 1.3 برابر بیشتر از هنگام احتراق در هوا است. به این معنی که به جای ترکیبات خطرناک و گران قیمت، می توان از آب ساده به عنوان اکسید کننده چنین سوختی استفاده کرد. ایده استفاده از آلومینیوم در

به عنوان سوخت در سال 1924، توسط دانشمند و مخترع داخلی F.A. Tsander پیشنهاد شد. طبق برنامه او می توان از عناصر آلومینیومی یک فضاپیما به عنوان سوخت اضافی استفاده کرد. این پروژه جسورانه هنوز عملاً اجرا نشده است، اما بیشتر سوخت‌های جامد موشک‌های شناخته شده در حال حاضر حاوی آلومینیوم فلزی به شکل پودر ریز هستند. افزودن 15 درصد آلومینیوم به سوخت می تواند دمای محصولات احتراق را هزار درجه افزایش دهد (از 2200 به 3200 کلوین). سرعت جریان محصولات احتراق از نازل موتور نیز به میزان قابل توجهی افزایش می یابد؛ این نشانگر اصلی انرژی است که کارایی سوخت موشک را تعیین می کند. از این نظر، تنها لیتیوم، بریلیم و منیزیم می توانند با آلومینیوم رقابت کنند، اما همه آنها بسیار گرانتر از آلومینیوم هستند.

ترکیبات آلومینیوم نیز به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرند. اکسید آلومینیوم مواد نسوز و ساینده (مری)، ماده اولیه برای تولید سرامیک. همچنین برای ساخت مواد لیزری، بلبرینگ های ساعت و سنگ های جواهرات (یاقوت مصنوعی) استفاده می شود. اکسید آلومینیوم کلسینه شده یک جاذب برای تصفیه گازها و مایعات و یک کاتالیزور برای تعدادی از واکنش های آلی است. کلرید آلومینیوم بدون آب یک کاتالیزور در سنتز آلی (واکنش فریدل کرافت) است که ماده اولیه برای تولید آلومینیوم با خلوص بالا است. سولفات آلومینیوم برای تصفیه آب استفاده می شود. واکنش با بی کربنات کلسیم موجود در آن:

Al 2 (SO 4) 3 + 3Ca (HCO 3) 2 ® 2AlO(OH) + 3CaSO 4 + 6CO 2 + 2H 2O، پوسته های اکسید-هیدروکسید را تشکیل می دهد که با ته نشین شدن، جذب و همچنین جذب ناخالصی های معلق در آب و حتی میکروارگانیسم های روی سطح. علاوه بر این، سولفات آلومینیوم به عنوان ماده ای برای رنگرزی پارچه، دباغی چرم، حفظ چوب و اندازه کاغذ استفاده می شود. آلومینات کلسیم جزء بایندرها از جمله سیمان پرتلند است. گارنت آلومینیوم ایتریوم (YAG) YAlO 3 مواد لیزری مواد نسوز نیترید آلومینیوم برای کوره های الکتریکی. زئولیت های مصنوعی (آنها متعلق به آلومینوسیلیکات ها هستند) جاذب در کروماتوگرافی و کاتالیزورها. ترکیبات آلومینیم آلی (به عنوان مثال، تری اتیل آلومینیوم) اجزای کاتالیزور زیگلر ناتا، که برای سنتز پلیمرها از جمله لاستیک مصنوعی با کیفیت بالا استفاده می شود.

ایلیا لینسون

ادبیات تیخونوف V.N. شیمی تجزیه آلومینیوم. م.، "علم"، 1971
کتابخانه محبوب عناصر شیمیایی. م.، "علم"، 1983
کریگ ان.سی. چارلز مارتین هال و فلزش. J.Chem.Educ . 1986، ج. 63، شماره 7
کومار وی.، میلوسکی ال. چارلز مارتین هال و انقلاب بزرگ آلومینیوم. جی.چem.Educ., 1987, vol. 64، شماره 8