Галогениды алюминия. Получение бромида алюминия

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ "ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ"

КАФЕДРА ХИМИИ

Курсовая работа по неорганической химии

"Галогениды алюминия. Получение бромида алюминия"

Выполнил: студентка 1 курса

Естественно-географического факультета

Скорина Анна

Научный руководитель:

Кандидат химических наук,

Доцент кафедры химии

Жукова Марина Ивановна

ВОРОНЕЖ - 2015

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА I. ИСТОРИЯ ОТКРЫТИЯ АЛЮМИНИЯ

ГЛАВА II. АЛЮМИНИЙ: НАХОЖДЕНИЕ В ПРИРОДЕ

ГЛАВА III. ФИЗИЧЕСКИЕ И ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АЛЮМИНИЯ

3.1 ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АЛЮМИНИЯ

3.2 ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АЛЮМИНИЯ

3.2.1 ПОЛУЧЕНИЕ АЛЮМИНИЯ

3.2.2 ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АЛЮМИНИЯ В СТЕПЕНИ ОКИСЛЕНИЯ 0

3.2.3 ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АЛЮМИНИЯ В СТЕПЕНИ ОКИСЛЕНИЯ +3

3.2.4 ПОЛУЧЕНИЕ, ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА И ПРИМЕНЕНИЕ БРОМИДА АЛЮМИНИЯ

ГЛАВА IV. ПРИМЕНЕНИЕ АЛЮМИНИЯ И ЕГО СОЕДИНЕНИЙ

4.1 ЛИТЕЙНЫЕ СПЛАВЫ

4.2 ДЕФОРМИРУЕМЫЕ СПЛАВЫ

4.3 ПРИМЕНЕНИЕ В ЭЛЕКТРОТЕХНИКЕ

4.4 ПРИМЕНЕНИЕ В ТОВАРАХ НАРОДНОГО ПОТРЕБЛЕНИЯ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ

алюминий химический сплав электротехника

Алюминий - элемент 3-го периода и III A группы Периодической системы, порядковый номер 13. Электронная формула атома [₁₃ Al]3s²3p¹. Элемент обозначается латинскими буквами Al. Алюминий серебристобелый, блестящий, легкий и пластичный металл. Впервые алюминий был получен датским физиком Гансом Эрстедом в 1825 году действием амальгамы калия на хлорид алюминия с последующей отгонкой ртути. Название элемента образовано от лат. aluminis -- квасцы.

Алюминий - самый распространненый металл в земной коре. Его содержание оценивают в 8.6 % (больше, чем железа, которого только 4.2 %). Алюминий находится практически везде на земном шаре, так как его оксид (Al₂O₃) составляет основу глинозема. Алюминий в природе встречается в соединениях - его основные минералы: боксит, алунит, нефелин, корунд, каолинит. [4]

В медицинской практике применяют препараты растворимых и нерастворимых солей алюминия. Препараты алюминия делятся на 2 группы. К первой относятся растворимые соли алюминия: жидкость Бурова, алюминиево-калиевые и жженые квасцы. Вторую группу составляют препараты алюминия, не растворимые в воде: белая глина (силикат алюминия) и гидрат окиси алюминия. [8]

Целью курсовой работы является рассмотреть алюминий с точки зрения реагента в химической реакции, областей его применения. Для того, чтобы достичь цели работы, необходимо решить следующие задачи:

1). Изучить историю открытия алюминия;

2). Рассмотреть химические свойства алюминия;

3). Выявить основные области применения алюминия и основных его соединений.

ГЛАВА I. ИСТОРИЯ ОТКРЫТИЯ АЛЮМИНИЯ

Соединения алюминия были известны человеку с древних времён. Одними из них являлись вяжущие вещества, к которым относятся алюмо-калиевые квасцы КAl(SO₄)₂. Они находили широкое применение. Они использовались в качестве протравы и как средство, останавливающее кровь. Пропитка древесины раствором алюмокалиевых квасцов делало её негорючей. Известен интересный исторический факт, как Архелай- полководец из Рима во время войны с персами приказал намазать башни, которые служили в качестве оборонительных сооружений, квасцами. Персам так и не удалось сжечь их.

Еще одним из соединений алюминия были природные глины, в состав которых входит оксид алюминия Al₂O₃. [7]

Первые попытки получить алюминий только в середине XIX века. Попытка предпринятая датским учёным Х.К.Эрстедом увенчалась успехом. Для получения он использовал амальгированный калий в качестве восстановителя алюминия из оксида. Но что за металл был получен тогда выяснить так и не удалось. Через некоторое время, через два года, алюминий был получен немецким ученым-химиком Велером, который получил алюминий, используя нагревание безводного хлорида алюминия с металлическим калием. [14]

Многие годы труда немецкого ученого не прошли даром. За 20 лет он сумел приготовить гранулированный металл. Он оказался похожим на серебро, но был значительно легче его. Алюминий был очень дорогим металлом, и вплоть до начала XX века, его стоимость была выше стоимости золота. Поэтому многие-многие годы алюминий использовался как музейный экспонат.

Около 1807 г. Дэви попытался провести электролиз глинозема, получил металл, который был назван алюмиумом (Alumium) или алюминумом (Aluminum), что в переводе с латинского - квасцы. [13]

Получение алюминия из глин интересовало не только ученых-химиков, но и промышленников. Алюминий очень тяжело было отделить от других веществ, это способствовало тому, что он был дороже золота. В 1886 году химиком Ч.М. Холлом был предложен способ, который позволил получать металл в больших количествах. Проводя исследования, он в расплаве криолита AlF3*nNaF растворил оксид алюминия. Полученную смесь поместил в гранитный сосуд и пропустил через расплав постоянный электрический ток. Он был очень удивлен, когда через некоторое время на дне сосуда он обнаружил бляшки чистого алюминия. Этот способ и в настоящее время является основным для производства алюминия в промышленных масштабах. Полученный металл всем был хорош, кроме прочности, которая была необходима для промышленности. И эта проблема была решена. Немецкий химик Альфред Вильм сплавил алюминий с другими металлами: медью, марганцем и магнием. Получился сплав, который был значительно прочнее алюминия. В промышленных масштабах такой сплав был получен в немецком местечке Дюрене. Это произошло в 1911 году. Этот сплав был назван дюралюминием, в честь городка. [10]

ГЛАВА II. АЛЮМИНИЙ: НАХОЖДЕНИЕ В ПРИРОДЕ

По распространенности в земной коре алюминий занимает первое место среди металлов и третье место среди всех элементов (после кислорода и кремния), на его долю приходится около 8,8% массы земной коры. Алюминия вдвое больше, чем железа, и в 350 раз больше, чем меди, цинка, хрома, олова и свинца вместе взятых! Алюминий входит в огромное число минералов, главным образом, алюмосиликатов, и горных пород. Соединения алюминия содержат граниты, базальты, глины, полевые шпаты и др. Но вот парадокс: при огромном числе минералов и пород, содержащих алюминий, месторождения бокситов -- главного сырья при промышленном получении алюминия, довольно редки. В России месторождения бокситов имеются в Сибири и на Урале. Промышленное значение имеют также алуниты и нефелины. [18]

Важнейший минерал алюминия - боксит, смесь основного оксида AlO(OH) и гидроксида Al(OH)₃. Крупнейшие месторождения боксита находятся в Австралии, Бразилии, Гвинее и на Ямайке; промышленная добыча ведется и в других странах. Богаты алюминием также алунит (квасцовый камень) (Na,K)₂SO₄·Al₂(SO₄)₃·4Al(OH)₃, нефелин (Na,K)₂O·Al₂O₃·2SiO₂. Всего же известно более 250 минералов, в состав которых входит алюминий; большинство из них - алюмосиликаты, из которых и образована в основном земная кора. При их выветривании образуется глина, основу которой составляет минерал каолинит Al₂O₃·2SiO₂·2H₂O. Примеси железа обычно окрашивают глину в бурый цвет, но встречаются и белая глина - каолин, которую применяют для изготовления фарфоровых и фаянсовых изделий.

Изредка встречается исключительно твердый (уступает лишь алмазу) минерал корунд - кристаллический оксид Al₂O₃, часто окрашенный примесями в разные цвета. Его синяя разновидность (примесь титана и железа) называется сапфиром, красная (примесь хрома) - рубином. Разные примеси могут окрашивать так называемый благородный корунд также в зеленый, желтый, оранжевый, фиолетовый и другие цвета и оттенки. [16]

В качестве микроэлемента алюминий присутствует в тканях растений и животных. Существуют организмы-концентраторы, накапливающие алюминий в своих органах, -- некоторые плауны, моллюски.

ГЛАВА III. ФИЗИЧЕСКИЕ И ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АЛЮМИНИЯ

3.1 ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АЛЮМИНИЯ

Алюминий - серебристо-белый легкий металл. Расположен в III группе Периодической системы элементов Д. И. Менделеева под номером 13; атомная масса алюминия - 26,98. Конфигурация внешней электронной оболочки 3s²3р¹; атомный радиус - 0,143 мм, ионный радиус А1 ³⁺ (в скобках указаны координационные числа) 0,053 нм (4); 0,062 нм (5); 0,067 нм (6); энергия ионизации А1 > А1 ⁺ > А1 ²⁺ > А1 ³⁺ - соответственно 5,984; 18,828; 28,44 эВ; сродство к электрону 0,5 эВ; электроотрицательность по Поллингу - 1,5; поперечное сечение захвата тепловых нейтронов - 215*10^-25м². Алюминий имеет кубическую гранецентрированную кристаллическую решетку с параметрами: а = 0,40403 нм, z = 4, пространственная группа Fm₃m. В природе существует один стабильный изотоп ²⁷А1. [17]

Отличительные особенности алюминия - высокая электропроводимость, теплопроводность, коррозионная стойкость, малая плотность и отличная обрабатываемость давлением в холодном состоянии. Более полную картину основных физических свойств можно наблюдать в таблице 1.

Алюминий и его сплавы характеризуются высокой коррозионной стойкостью в атмосферных условиях как сельской местности, так и городских промышленных районов. [12]

Алюминий и его сплавы, не содержащие меди, достаточно стойки в естественной (не загрязненной) морской воде. Сернокислые соли магния, натрия, алюминия, а также гипосульфит практически не действуют на технический алюминий. Скорость коррозии алюминия возрастает в присутствии в воде солей ртути, меди или ионов хлора, разрушающих защитную оксидную пленку на алюминии.

В концентрированной азотной кислоте при комнатной температуре алюминий и его сплавы устойчивы, но быстро разрушаются в разбавленных кислотах.

Таблица 1.

Физические свойства алюминия

Плотность (99,996% А1), г/см3, при температуре:
20 °С	2,6989
1000 °С	2,289
Температура, °С:
Плавления	660
Кипения	~2452
Теплота кДж/моль:
Плавления	10,55
Испарения	291,4

3.2 ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АЛЮМИНИЯ

3.2.1 ПОЛУЧЕНИЕ АЛЮМИНИЯ

Получить чистый алюминий непосредственным восстановлением его оксида невозможно. Карботермические процессы требуют высоких температур (около 2000°С) для восстановления глинозема и при отсутствии сплавообразующих компонентов металл связывается с углеродом, давая карбид алюминия (А1₄С₃). Известно, что карбид алюминия и алюминий растворимы друг в друге и образуют весьма тугоплавкие смеси. Кроме того, А1₄С₃ растворяется в А1₂О₃, поэтому в результате восстановления оксида алюминия углеродом получаются смеси алюминия, карбида и оксида, имеющие высокие температуры плавления. Выпустить такую массу из печи обычно не представляется возможным. Даже если это и удается сделать, потребуются большие затраты на разделение.

В качестве исходного сырья, кроме каолинов (Al₂O₃Ч2SiO₂Ч2H₂O), могут быть использованы кианиты (Al₂O₃ЧSiO₂), дистенсиллиманиты (Al₂O₃ЧSiO₂) и низкожелезистые бокситы. [17]

Сплав после электроплавки поступает на очистку от неметаллических примесей. Для этого подают флюс, состоящий из смеси криолита и хлорида натрия, который смачивает эти примеси и "собирает" их. Рафинированный силикоалюминий имеет средний состав (%): А1 - 61; Si - 36; Fe - 1,7; Ti - 0,6; Zr - 0,5; Ca - 0,7. Этот сплав не годится для производства силумина и требует очистки от железа. Наиболее распространен способ очистки марганцем, который образует с железом тугоплавкие интерметаллиды. [19]

Хлориды алюминия и железа, выгруженные из второго конденсатора, нагреваются, перекачиваются в контактный очиститель, где контактируют в противотоке с подвижным слоем твердых частиц алюминия. При этом идет реакция:

Очищенный хлорид алюминия поступает на металлотермическое восстановление. Однако первые два элемента дороги и их производство весьма энергоемко. Поэтому, по мнению разработчиков процесса, определенные преимущества имеет использование марганца, который можно регенерировать из хлорида карботермическим методом со значительно меньшими энергозатратами. При восстановлении хлорида алюминия марганцем протекают реакции:

Алюминий из смеси МnС1₂ с непрореагировавшим А1С1₃, выделяется в циклонных сепараторах, а хлориды марганца и алюминия разделяются в выпарном аппарате. Хлорид алюминия возвращается в реактор для получения алюминия, а хлорид марганца взаимодействует с кислородом с образованием твердых оксидов марганца и хлора. Оксид марганца восстанавливается до металла карботермическим методом в шахтных печах, куда загружают кокс и известняк. Марганец в печь добавляется для восполнения потерь его в ходе процесса. [3]

К недостаткам данного процесса, как и других металлотермических методов, относятся загрязнение получаемого продукта металлом-восстановителем, необходимость организации производства по регенерации восстановителя и увлечение капитальных затрат. [1, 5]

В январе 1973 г. фирма "Alcoa" заявила о разработке нового способа получения алюминия. Фирма работала над процессом 15 лет и затратила 23 млн. долларов.

Данный способ предусматривает получение хлорида алюминия и последующий его электролиз. В 1976 г. появились сообщения о переходе фирмы "Alcoa" к промышленному внедрению хлоридной технологии получения алюминия. В г. Палестина (Техас, США) работал завод с проектной мощностью 30 тыс. т выпуска алюминия в год этим способом.

3.2.2 ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АЛЮМИНИЯ В СТЕПЕНИ ОКИСЛЕНИЯ 0

Взаимодействие с неметаллами

С кислородом взаимодействует только в мелкораздробленном состоянии при высокой температуре:

4Al + 3O₂ > 2Al₂O₃

реакция сопровождается большим выделением тепла.

Выше 200°С реагирует с серой с образованием сульфида алюминия:

2Al + 3S > Al₂S₃

При 500°С - с фосфором, образуя фосфид алюминия:

Al + P >AlP

При 800°С реагирует с азотом, а при 2000°С - с углеродом, образуя нитрид и карбид:

2Al + N₂ > 2AlN

4Al + 3C > Al₄C₃

С хлором и бромом взаимодействует при обычных условиях, а с йодом при нагревании, в присутствии воды в качестве катализатора:

2Al + 3Cl₂ > 2AlCl₃

2Al + 3Br₂ > 2AlBr₃

С водородом непосредственно не взаимодействует.

С металлами образует сплавы, которые содержат интерметаллические соединения - алюминиды, например, CuAl₂, CrAl₇, FeAl₃ и др.

Взаимодействие с водой

Очищенный от оксидной пленки алюминий энергично взаимодействует с водой:

2Al + 6H₂O > 2Al(OH)₃ + 3H₂^

в результате реакции образуется малорастворимый гидроксид алюминия и выделяется водород.

Взаимодействие с кислотами

Легко взаимодействует с разбавленными кислотами, образуя соли:

2Al + 6HCl > 2AlCl₃ + 3H₂^

2Al + 3H₂SO₄ > Al₂(SO₄)₃ + 3H₂^

8Al + 30HNO₃ > 8Al(NO₃)₃ + 3N₂O + 15H₂O

(в качестве продукта восстановления азотной кислоты также может быть азот и нитрат аммония). [4, 16]

С концентрированной азотной и серной кислотами при комнатной температуре не взаимодействует, при нагревании реагирует с образованием соли и продукта восстановления кислоты:

2Al + 6H₂SO₄ > Al₂(SO₄)₃ + 3SO₂ + 6H₂O

Al + 6HNO₃ > Al(NO₃)₃ + 3NO₂ + 3H₂O

Взаимодействие со щелочами

Алюминий - амфотерный металл, он легко реагирует со щелочами: в растворе с образованием тетрагидроксодиакваалюмината натрия:

2Al + 2NaOH + 10H₂O > 2Na[Al(H₂O)₂(OH)₄] + 3H₂^

при сплавлении с образованием алюминатов:

2Al + 6KOH > 2KAlO₂ + 2K₂O + 3H₂^

Восстановление металлов из оксидов и солей

Алюминий - активный металл, способен вытеснять металлы из их оксидов. Это свойство алюминия нашло практическое применение в металлургии:

2Al + Cr₂O₃ > 2Cr + Al₂O₃

3.2.3 ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АЛЮМИНИЯ В СТЕПЕНИ ОКИСЛЕНИЯ +3

1). Оксид алюминия Аl₂O₃. Представляет собой белое вещество с температурой плавления 2050 С. В природе оксид алюминия встречается в виде корунда и глинозема. Иногда встречаются прозрачные кристаллы корунда красивой формы и окраски. Корунд, окрашенный соединениями хрома в красный цвет, называют рубином, а окрашенный соединениями титана и железа в синий цвет -- сапфиром. Рубин и сапфир являются драгоценными камнями. В настоящее время их довольно легко получают искусственно. [12, 14]

Оксид алюминия обладает амфотерными свойствами, но он не растворяется в воде, кислотах и щелочах. При кипячении в концентрированном растворе щелочи он лишь частично переходит в раствор. Оксид алюминия переводят в растворимое состояние сплавлением со щелочами или пиросульфатом калия:

Аl₂О₃ + 2 КОН = 2 КАlO₂ + Н₂О

Аl₂O₃ + 3 К₂S₂О₇ = 3 К₂SO₄ + Аl₂(SO₄)₃

Полученные сплавы растворяются в воде. При сплавлении оксида алюминия с содой образуются алюминаты, которые легко растворяются в воде:

Аl₂O₃ + К₂СО₃ = 2 КАlO₂ + СО₂^

Природный корунд -- очень твердое вещество. Он применяется для изготовления наждачных кругов и шлифовальных порошков (цемент). Рубин используют для изготовления втулок часовых и других точных механизмов.

Глинозем используется как сырье для получения алюминия. Обезвоженный оксид алюминия служит адсорбентом при очистке и разделении органических веществ методом хроматографии. [17,19]

2). Гидроксид алюминия Аl(ОН)₃. Представляет собой белое вещество, которое при нагревании теряет воду, превращаясь в оксид алюминия. Гидроксид алюминия обладает амфотерными свойствами. Свежеосажденный гидроксид легко растворяется в кислотах и щелочах (кроме гидроксида аммония):

2 Аl(ОН)₃ + 3 Н₂SO₄ = Аl₂(SO₄)₃ + 6 Н₂О

Аl(ОН)₃ + 3 КОН = К₃[Аl(ОН)₆]

Гидроксид алюминия является слабым основанием и еще более слабой кислотой, поэтому соли алюминия находятся в растворе только в присутствии избытка кислоты, а алюминаты -- только в присутствии избытка щелочи. При разбавлении растворов водой эти соединения сильно гидролизованы. [11, 13]

Высушенный гидроксид алюминия, потерявший часть воды, не растворяется ни в кислотах, ни в щелочах и этим напоминает оксид алюминия.

Гидроксид алюминия обладает свойствами поглощать различные вещества, поэтому его применяют при очистке воды. [7,11]

Получаемый мелкодисперсный гидроксид используется, главным образом, для производства солей алюминия вследствие его высокой реактивности по отношению к кислоте и щелочи. Соли алюминия, такие как AlF₃, Na₃AlF₆, AlCl₃, сульфат, фосфат, нитрат алюминия, алюминат натрия. Кроме того, гидроксид находит применение при производстве синтетических муллитов, обычных огнеупоров, керамики, фарфора, пигментов для них, специального стекла, стеклоэмали и стекловолокна, служит наполнителем латексных соединений, синтетической резины и пластиков, является катализатором и носителем катализаторов. [4]

3). Основные свойства солей алюминия. Алюминаты (соли) наиболее активных одновалентных металлов в воде хорошо растворимы, но ввиду сильного гидролиза растворы их устойчивы лишь при наличии достаточного избытка щелочи.

Алюминаты, производящиеся от более слабых оснований, гидролизованы в растворе практически нацело и поэтому могут быть получены только сухим путем (сплавлением Al₂O₃ с оксидами соответствующих металлов). Образуются метаалюминаты, по своему составу производящиеся от метаалюминиевой кислоты HAlO₂. Большинство из них в воде нерастворимо. [16]

С кислотами Al(OH)₃ образует соли. Производные большинства сильных кислот хорошо растворимы в воде, но довольно значительно гидролизованы, и поэтому растворы их показывают кислую реакцию. Еще сильнее гидролизованы растворимые соли алюминия и слабых кислот. Вследствие гидролиза сульфид, карбонат, цианид и некоторые другие соли алюминия из водных растворов получить не удается. [5]

В водной среде анион Al³⁺ непосредственно окружен шестью молекулами воды. Такой гидратированный ион несколько диссоциирован по схеме:

[Al(OH₂)₆]³⁺ + H₂O = [Al(OH)(OH₂)₅]²⁺ + OH₃⁺

Константа его диссоциации равна 1^.10^-5,т.е. он является слабой кислотой (близкой по силе к уксусной). Октаэдрическое окружение Al³⁺шестью молекулами воды сохраняется и в кристаллогидратах ряда солей алюминия. [17]

Алюмосиликаты можно рассматривать как силикаты, в которых часть кремниекислородных тетраэдров SiO₄^4- заменена на алюмокислородные тетраэдры AlO₄^5-. Из алюмосиликатов наиболее распространены полевые шпаты, на долю которых приходится более половины массы земной коры.

3.2.4 ПОЛУЧЕНИЕ, ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА И ПРИМЕНЕНИЕ БРОМИДА АЛЮМИНИЯ

Безводный бромид алюминия очень энергично реагирует с водой выделяя при растворении много тепла и, частично гидролизуясь:

При нагревании водного раствора гидролиз можно провести полностью:

Вступает в реакцию со щелочами:

При пропускании безводного сероводорода через раствор бромида алюминия в сероуглероде выпадает осадок комплексного соединения:

При высокой температуре разлагается:

При нагревании бромида алюминия с алюминием в газовой фазе (1000 °C) образуется нестабильный монобромид алюминия:

С гидридом лития образует алюмогидрид:

Бромид алюминия -- сильный акцептор электронных пар (кислота Льюиса) -- легко присоединяет молекулы доноры (на этом, в частности, основано его применение в органическом синтезе):

Безводный бромид алюминия получают взаимодействием простых веществ (Al и Br₂):

Водный раствор можно получить реакцией алюминиевой стружки с бромоводородной кислотой:

Применение

Коммерческое применение бромида алюминия в настоящий момент относительно небольшое. [14]

Бромид алюминия входит как основной компонент в состав ксилольных электролитов для электроосаждения алюминиевых покрытий. [12]

Безводный бромид алюминия используется в органическом синтезе, в частности, в реакции алкилирования по Фриделю-Крафтсу, по аналогии с хлоридом алюминия.

Соединение может выступать катализатором в реакции изомеризации бромалканов, например:

Также бромид алюминия может выступать в качестве бромирующего агента, например в реакции с хлороформом:

ГЛАВА IV. ПРИМЕНЕНИЕ АЛЮМИНИЯ И ЕГО СОЕДИНЕНИЙ

Алюминий - один из важнейших металлов для промышленности. Это связано с его свойствами: малой плотностью и электрическим сопротивлением, высокой теплопроводностью и пластичностью, коррозийной стойкостью. К тому же, среди всех цветных металлов, алюминий имеет наиболее низкую стоимость. Легирование алюминия различными элементами позволяет добиться высокой механической прочности. [14]

Основная часть этого металла потребляется в виде сплавов (литейных - 20% и деформируемых - 80%) в химической, атомной, машиностроительной промышленности, в производстве строительных конструкций и упаковочного материала. [18]

4.1 ЛИТЕЙНЫЕ СПЛАВЫ

Все известные способы литья подходят для отливок из алюминиевых сплавов, выпуск их регламентируется ГОСТ 1583-93. Сообразно этому стандарту происходит деление на пять групп, которые приведены в таблице 2.

Таблица 2.

Деление сплавов алюминия на группы

I группа	II группа	III группа	IV группа	V группа
Al, Si, Mg	Al, Si, Cu	Al, Cu	Al, Mg	Al, прочие компоненты

Международная система обозначения алюминиевых литейных сплавов - трехзначная, разработана ASTM (AmericanSocietyforTestingandMaterials). Данные приведены в таблице 3.

Таблица 3.

Литейные сплавы алюминия

Серия	Система сплавов	Свойства и применение
1ххх	Ш99,0 % Al	Из чистого алюминия производят фольгу, используемую в различных сферах: в пищевой промышленности (упаковка продуктов питания) или, например, в электротехнике (электролитические конденсаторы)
2ххх	Al - Cu	Эти сплавы характеризует повышенная твердость при высоких температурах. Недостатки: склонность к образованию кристаллизационных трещин и пониженная жидкотекучесть. Применяются в производстве литых деталей в авиастроении.
3ххх	Al- Mg, Al- Cu, Al- Cu-Mg
4ххх	Al- Si	Так называемые СИЛУМИНЫ, сплавы, на 10-13% состоящие из кремния (Si), с различными примесями. Разделяются на доэвтектические (содержание кремния менее 12%) и заэвтектические (содержание кремния более 12%). Заэвтектические сплавы отличаются повышенной износоустойчивостью и жидкотекучестью, хорошо обрабатываются резанием алмазным инструментом. Из этих сплавов производят поршни для двигателей ( в т.ч. и ДВС) Доэвтектические сплавы - самая важная группа для производства. Они обладают антикоррозийными свойствами, их можно подвергать механической обработке и сварке. Для улучшений отдельных свойств эти сплавы легируют различными добавками (медь, цинк, магний, бериллий и пр.) Легирование магнием повышает прочностные свойства материала. Отливки из этого сплава выполняют под давлением, позже подвергают термической обработке. Сплавы используют в автомобиле- и авиастроении. Дополнительное легирование бериллием позволяет получить особо прочный материал. Легирование медью повышает износостойкость и прочность сплава.
5ххх	Al- Mg	Сплавы с магнием обладают хорошей коррозийной стойкостью, прекрасно обрабатываются резанием. После анодирования имеет привлекательный внешний вид. Недостатки: пониженная жидкотекучесть и склонность к окислению в жидком состоянии.
7ххх	Al- Zn	Прочность сплава растет при старении. Используются для изготовления деталей простейшей формы.
8ххх	Al- Sn

4.2 ДЕФОРМИРУЕМЫЕ СПЛАВЫ

Химический состав сырья регламентирует ГОСТ 1131-76, самих сплавов - ГОСТ 4784-97.

Международная система обозначения алюминиевых литейных сплавов - трехзначная, разработана ASTM (AmericanSocietyforTestingandMaterials). Данные отображены в таблице 4.

Таблица 4.

Деформируемые сплавы алюминия

Серия	Система сплавов	Свойства и применение
1ххх	-	Алюминиевая фольга. Плакирующий слой в полуфабрикатах.
2ххх	Al- Cu	Алюминиевая фольга (заполнители для авиационных конструкций) при использовании при повышенных температурах. Основа для плакированных полуфабрикатов. Конструкционный материал в авиации.
3ххх	Al- Mn	Алюминиевая фольга (заполнители для авиационных конструкций). Основа для плакированных полуфабрикатов. Детали кузовов автомобилей. Изготовление консервных банок. Анодирование полуфабрикатов со специальной отделкой поверхностей в строительстве.
4ххх	Al- Si	Припой для полуфабрикатов с покрытием. Анодирование поверхностей.
5ххх	Al- Mg	Алюминиевая фольга (заполнители для авиационных конструкций). Внутренняя отделка салона автомобиля. Детали кузовов автомобилей. Анодирование поверхностей.
6ххх	Al - Si - Mg	Основа для плакированных полуфабрикатов. Плакирующий слой в полуфабрикатах. Детали кузовов автомобилей. Анодирование поверхностей.
7ххх	Al- Zn	Основа для плакированных полуфабрикатов. Плакирующий слой в полуфабрикатах. Автомобильные бамперы. Конструкционный материал в авиации. Анодирование поверхностей.
8ххх	Al - Mg - Li Al - Cu - Mn	Конструкционный материал в авиастроении. Изготовление консервных банок.

Одна из действующий классификаций построена на делении на два класса: неупрочняемые (1хххб 3ххх, 4ххх, 5ххх) и термически упрочняемые (2ххх, 6ххх, 7ххх, некоторые из 4ххх и 5ххх). [3,6]

4.3 ПРИМЕНЕНИЕ В ЭЛЕКТРОТЕХНИКЕ

Применение в электротехнике. Массовая доля использования алюминия в электротехнических нуждах составляет около 7% от всего производимого в мире.

Как было уже сказано ранее, из алюминия производят проводники. Изготавливаются голые, изолированные, обмоточные провода, одно- и многожильные кабели. Часть выпускаемого кабеля имеет оболочку из алюминия, обладающую устойчивостью к коррозии. [1,8]

Предел прочности проволоки из отожженного алюминия чистотой 99,6% составляет 0,84-2,04 МН/м² и зависит от степени отжига. Для получения более прочной проволоки в сплав добавляют легирующие элементы: кремний, железо. При этом проводимость снижается примерно на 17%. Алюминиевую проволоку для линий электропередач упрочняют стальным сердечником. [2,11]

Обмоточные провода из алюминия имеют такое же сопротивление, как и медные, однако объем обмоток в этом случае значительно увеличивается.

Для увеличения мощности статических конденсаторов применяют алюминиевую фольгу (6,3мкм).

Сплавы из этого металла используются в производстве телефонных кабелей и в радиаторах охлаждения выпрямителей. Вообще, способность алюминия не терять прочностных характеристик при низких температурах, активно используют в криогенной индустрии. [1,8]

Помимо этого, успешно функционирует производство алюминиевых корпусов электродвигателей небольшой мощности. В асинхронных двигателях обмотка короткозамкнутых роторов - алюминиевая.

4.4 ПРИМЕНЕНИЕ В ТОВАРАХ НАРОДНОГО ПОТРЕБЛЕНИЯ

В быту алюминий чаще всего используется в мебельщиками при производстве корпусной мебели и кухонь, компаниями по производству окон, производителями бытовой техники: пылесосов, утюгов, холодильников, стиральных машин и пр.

Упаковочная продукция использует не только алюминиевую металлическую фольгу, но и специально разрабатываемые слоистые материалы: примером может служить любая упаковка для чая или шоколада или туба для зубной пасты. [7,14]

Широкое применение алюминиевых сплавов в военной, авиа- и ракетостроении обусловлено его маленькой массой и прочностными характеристиками.

В настоящее время все большее распространение получает пеноалюминий - ячеистый материал с закрытой пористостью. Размер пор может варьироваться от десятых долей миллиметра до 2-3 см. Это материал с небольшим удельным весом (порядка 0,5-0,6 г/см³). Способ получения пеноалюминия следующий: соединения водорода растворяют в расплавленном алюминии. При температуре 7000 ?С водород начинает выделяться и вспенивает алюминий. После этого массу быстро охлаждают. При такой обработке алюминий не только сохраняет все свои положительные свойства, упомянутые ранее, но и получает новые: способность поглощать удары и звуковые волны. Поверхность из пеноалюминия можно склеивать и подвергать окрашиванию. Вес этого материала сравним с весом пластмасс и дерева, однако он не обладает недостатками последних: горючестью и токсичностью. Пеноалюминий устойчив к попаданию разнообразных растворителей, горюче-смазочных материалов и солнечному цвету, влагоустойчив. Все чаще его используют как сердцевину при создании многослойных конструкций. Области применения этого материала: промышленность, транспорт, строительство. [14,16]

Отдельного упоминания заслуживает производство алюминиевых порошков (размер частиц от 1 до тысячи мкм) и пудр (от 0,015мкм до 17 мм). Исходные сплавы и методы изготовления таких материалов разнообразны, что позволяет получать порошки широкого спектра физико-химических свойств. Использование алюминиевого порошка несет значительную экономическую выгоду и расширяет сферу применения этого металла. Современные технологии позволяют получить материалы с уникальными характеристиками, заменяющие редкие и дорогостоящие металлы и сплавы. Применение алюминиевых порошков:

В качестве легирующего элемента в металлургии;

В алюмотермии;

Для синтеза металлоорганических соединений;

Для получения алюминиевых соединений;

При производстве взрывчатых веществ;

При производстве твердого ракетного топлива;

В качестве пигмента, например, в полиграфии;

В виде окислов для повышения коррозийной устойчивости в стальных и чугунных конструкциях. [16]

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Уже сейчас, в наши дни трудно найти отрасль промышленности, где бы ни использовался алюминий или его сплавы - от микроэлектроники до тяжёлой металлургии. Это обуславливается хорошими механическими качествами, лёгкостью, малой температурой плавления, что облегчает обработку, высоким внешними качествами, особенно после специальной обработки. Учитывая перечисленные и многие другие физические и химические свойства алюминия, его неисчерпаемое количество в земной коре, можно сказать, что алюминий - один из самых перспективных материалов будущего. [2,9]

Для решения первой задачи: изучение истории открытия алюминия был проведен анализ учебной литературы, выбраны наиболее интересные факты из жизни человека, связанные с алюминием;

Для решения второй задачи: рассмотрение химических свойств алюминия бы проведена работа с научной литературой на данную тематику и выявлено, что алюминий - типичный восстановитель, и в соединениях проявляет как основные, так и кислотные свойства, т.е. амфотерен;

Для решения третьей задачи: выявление основных областей применения алюминия и основных его соединений, были рассмотрены основные производства с участием алюминия. Выяснилось, что алюминий применяется во многих отраслях промышленности. Например, в строительстве самолетов, производстве зеркал.

Таким образом была достигнута цель работы: рассмотрения алюминия с точки зрения реагента в химической реакции, областей его применения.

ЛИТЕРАТУРА

1. Аразамасов, Б. Н. Материаловедение / Б. Н. Арзамасов. - М.: Просвещение, 2007 г. - 265 с.

2. Ахметов Н. С. Общая и неорганическая химия / Н. С. Ахметов. - М.: Высшая школа, 2013 г. - 743 с.

3. Березин Б. Д. Органическая химия. Учебное пособие для бакалавров / Б. Д. Березин. - М.: ЮРАЙТ. - Электрон. Дан. Москва, 2012 г. - 768 с.

4. Глинка Н. Л. Общая химия / Н. Л. Глинка. - М.: Высшая школа, 2003 г. - 704 с.

5. Грибанова О. В. Общая и неорганическая химия. Учебное пособие / О. В. Грибанова. - М.: Феникс, 2013 г. - 256 с.

6. Гончаров Е.Г. Строение вещества и химическая связь в курсе неорганической химии: учеб. пособие / Е.Г. Гончаров, Ю.П. Афиногенов, А.М. Ховив. -- Воронеж: ИПЦ ВГУ, 2008. -- 280 с.

7. Карякин Ю. В. Чистые химические вещества: учебное пособие / Ю. В. Карякин, И. И. Ангелов. - М.: ВЛАДОС, 2008. - 459 с.

8. Кривов Г.А. Алюминиевые сплавы (состав, свойства, технология, применение): Учебник для технических ВУЗов / В.М. Белецкий, Г.А. Кривов. - М.: Высшая школа, 2006 г. - 241 с.

9. Коровин Н. В. Общая химия / Н. В. Коровин. - М.: Высшая школа, 2008 г. - 559 с.

10. Кузнецов В. И. Общая химия. Тенденции развития / В. И. Кузнецов. - М.: Высшая школа, 2011 г. - 288 с.

11. Лидин Р.А., Молочко В.А., Андреева Л.Л. Реакции неорганических веществ: справочник. / Р.А. Лидин, В.А. Молочко, Л.Л. Андреева. - М.: Дрофа, 2007. - 637 с.

12. Никольский А. Б. Химия: учебник для ВУЗов / А. Б. Никольский, А. В. Суворов. - СПб.: Питер, 2001 г. - 512 с.

13. Павлов Н. Н. Общая и неорганическая химия / Н. Н. Павлов - М.: Дрофа, 2002 г. - 496 с.

14. Соколовская Е. М. Общая химия / Е. М. Соколовская. - М.: Высшая школа, 2006 г. - 726 с.

15. Третьяков Ю.Д. Неорганическая химия. Т. 1 - 3. / под. ред. Ю.Д. Третьякова. - М.: Академия, 2004 - 2007. Т. 1 - 240 с, Т. 2 - 368 с, Т.3. - 352с.

16. Угай Я. А. Общая и неорганическая химия / Я. А. Угай. - М.: Высшая школа, 1997 г. - 527 с.

ПРОГРАМНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ И ИНТЕРНЕТ РЕСУРСЫ

17. http://www.xumuk.ru/ - сайт о химии

18. http://chemistlab.ru/ - сайт о химии

19. http://www.alhimikov.net/ - сайт о химии

Размещено на Allbest.ru

...