4.Взаимодействие с концентрированной серной кислотой.

В концентрированной серной кислоте в роли окислителя выступает сера в степени окисления +6, входящая в состав сульфат-иона . Концентрированная серная кислота окисляет все металлы, стандартный электродный потенциал которых меньше 0,36 В, максимального значения электродного потенциала в электродных процессах с участием сульфат-иона . Концентрированная серная кислота восстанавливается до следующих продуктов

H2S6+O4(k) → S+4O2 → S0 → H2S2-

Активные металлы реагируют с кислотой, восстанавливая ее до сероводорода

5H2S6+O4(k) + 4Zn = 4ZnSO4 + H2S↑ +4H2O

Малоактивные металлы реагируют с кислотой, восстанавливая ее до SO2

2H2S6+O4(k) + Cu0 = CuSO4 + SO2 + 2H2O

Концентрированная серная кислота пассивирует металлы средней активности :Fe, Be, Cr, Co, Al. На поверхности металла образуются плотные пленки оксида:3H2SO4(k) +2Fe = Fe2O3 + 3H2O +3SO2

Металлы Re, Mo, Tc, Ti, V взаимодействуют в соответствии с уравнением

2V +5H2SO4(k) =2HVO3+5SO2↑ + 4H2O

5. Взаимодействие с азотной кислотой

В азотной кислоте в роли окислителя выступает азот в степени окисления +5.

Восстанавливается кислота до следующих продуктов:

HN5+O3 → N4+O2 → N2+O → N+2O → N0 → N3-H

NH3 + HNO3(р) + NH4NO3

HNO3(к) + акт.Me = N2O(N2)

HNO3(к) + малоакт.Me = NO2

HNO3(р) + малоакт.Me = NO

Азотная кислота любой концентрации пассивирует металлы: Fe, Cr, Al, Be, Bi, Ni, на холоде . Ti, V, Re, Tc взаимодействуют с кислотой с образованием кислородсодержащих кислот:

3Tc + 7HNO3 → 3HTcO4 +7NO + 2H2O

6. Взаимодействие со смесями кислот.

Окислительная способность азотной кислоты усиливается добавлением к ней фтороводородной или хлороводородной кислот. Эти смеси растворяют самые малоактивные металлы. «Царская водка» (HCl + HNO3) растворяет золото и платину

4HCl + HN+5O3 + Au → H[AuCl4] + NO + 2H2O –

21HF + 5HN+5O3 + Ta → 3H2[Ta+5F7]-2 + 5NO + 10H2O

W, Ru, Os, Ir, Rh в «царской водке» не растворяются.

7. Взаимодействие с окислительно-щелочными расплавами

Ir + 2NaCl + 2Cl02 = Na2IrCl6

42.Легкие конструкционные материалы. Алюминей. Свойства, получение, применение в технике, важнейшие соединения.

Магниевые сплавы в основном находят применение в качестве легких конструкционных материалов. Они отличаются высокой удельной прочностью, вследствие чего главным образом используются в различных летательных аппаратах.

В большинстве сплавов, предложенных для этих целей, содержатся в качестве легирующих добавок редкие и дорогие элементы. В настоящее время магниевые сплавы представляют интерес для широкого использования в других отраслях современного машиностроения: в текстильной, автомобильной промышленности и других видах наземного транспорта. Для применения в этих целях важным является не только малый удельный вес магния, но и легкость его обработки. Кроме того, для этих отраслей должна быть обеспечена как можно более низкая стоимость магниевых сплавов.

Одной из систем магниевых сплавов, не содержащих редкие и дефицитные элементы, на основе которой могут быть созданы недорогие сплавы, является Mg— Al— Si. Сплавы системы Mg— Al представляют собой основу большого числа технически важных сплавов, характеризующихся высокими прочностными свойствами при температурах, близких к комнатной.

Алюминий впервые получен химическим путем немецким химиком Ф. Велером в 1827 г., а в 1856 г. французский химик Сен-Клер Девиль выделил его электрохимическим методом.

Нахождение в природе. Алюминий является самым распространенным в природе металлом. Содержание его в земной коре составляет 7,45% (по массе). Важнейшие природные соединения алюминия — алюмосиликаты, боксит, корунд и криолит.

Алюмосиликаты составляют основную массу земной коры. Продукт их выветривания — глина и полевые шпаты (ортоклаз, альбит, анортит).

Основной состав глин (каолин) соответствует формуле Аl2O3•2SiO2•2Н2O.

Боксит — горная порода, из которой получают алюминий. Состоит главным образом из гидратов оксида алюминия Аl2O3•nН2O.

Физические свойства. Алюминий — серебристо-белый легкий металл, плавящийся при 660°С. Он очень пластичен, легко вытягивается в проволоку и раскатывается в листы. Из алюминия можно изготовить фольгу толщиной менее 0,01мм. Алюминий обладает очень большой тепло- и электропроводностью. Сплавы алюминия с различными металлами обладают большой прочностью и легкостью.

Химические свойства. Алюминий очень активный металл. В ряду напряжений он стоит после щелочных и щелочноземельных металлов. Однако на воздухе он довольно устойчив, так как его поверхность покрывается очень плотной пленкой оксида, предохраняющей его от дальнейшего контакта с воздухом. Если с алюминиевой проволоки снять защитную оксидную пленку, то алюминий начнет энергично взаимодействовать с кислородом и водяными парами воздуха, превращаясь в рыхлую массу гидроксида алюминия. Эта реакция сопровождается выделением тепла. Очищенный от защитной оксидной пленки алюминий взаимодействует с водой с выделением водорода:2Аl + 6Н2O = 2Аl(OН)3 + 3H2↑.

Алюминий хорошо растворим в разбавленных серной и соляной кислотах:

2А1 + 6НС1= 2А1С13 + 3H2↑

2AI + 3H2SO4 = Al2(SO4)3 + 3H2↑

Разбавленная азотная кислота на холоду пассивирует алюминий, но при нагревании алюминий растворяется в ней с выделением монооксида азота, гемиоксида азота, свободного азота или аммиака, например:

8А1 + 30HNO3 = 8А1(NO3)3 + 3N2O + 15Н2O.

Концентрированная азотная кислота пассивирует алюминий.

Так как оксид и гидроксид алюминия обладают амфотерными свойствами, то алюминий легко растворяется в водных растворах всех щелочей, кроме гидроксида аммония:2AI + 6NaOH + 6Н2O = 2Na3[A1ОН)6] + 3H2↑.

Порошкообразный алюминий легко взаимодействует с галогенами, кислородом и всеми неметаллами. Для начала реакций необходимо нагревание. В дальнейшем реакции протекают очень интенсивно и сопровождаются выделением большого количества тепла:

2А1 + ЗВr2 — 2А1Br3 (бромид алюминия)

4А1 + 3O2 = 2А12O3 (оксид алюминия)

2А1 + 3S = A12S3 (сульфид алюминия)

2А1 + N2 = 2A1N (нитрид алюминия)

4А1 + ЗС = А14С3 (карбид алюминия).

Сульфид алюминия может существовать только в твердом виде. В водных растворах он подвергается полному гидролизу с образованием гидроксида алюминия и сероводорода:A12S3 + 6H2O = 2A1(OН)3 + 3H2S.

Алюминий легко отнимает кислород и галогены у оксидов и солей других металлов. Реакция сопровождается выделением большого количества тепла:

8А1 + 3Fe3O4 = 9Fe + 4А12O3.

Процесс восстановления металлов из их оксидов алюминием называется алюмотермией. Алюмотермией пользуются при получении некоторых редких металлов, которые образуют прочную связь с кислородом (ниобий, тантал, молибден, вольфрам и др.).

Смесь мелкого порошка алюминия и магнитного железняка называется термитом. После поджигания термита с помощью специального запала реакция протекает самопроизвольно и температура смеси повышается до 3500°С. Железо при такой температуре находится в расплавленном состоянии. Эту реакцию используют Для сваривания рельсов.

Получение. Впервые алюминий был получен восстановлением хлорида алюминия металлическим натрием:

А1С13 + 3Na = Al + 3NaCl.

В настоящее время его получают электролизом расплавленных солей. В качестве электролита служит расплав, содержащий 85— 90% комплексной соли 3NaF • A1F3 (или Na3AlFe) — криолита и 10–15% оксида алюминия А12O3 — глинозема. Такая смесь плавится при температуре около 1000°С. При растворении в расплавленном криолите глинозем ведет себя как соль алюминия и алюминиевой кислоты и диссоциирует на катионы алюминия и анионы кислотного остатка алюминиевой кислоты:

А1А1O3 ⇔ А13+ + АlO33−.

Криолит тоже диссоциирует:

Na3 [AlF6] ⇔ 3Na+ + [A1F6].

При пропускании электрического тока катионы алюминия и натрия движутся к катоду — графитовому корпусу ванны, покрытому на дне слоем расплавленного алюминия, получаемого в процессе электролиза. Так как алюминий менее активен, чем натрий, то он восстанавливается в первую очередь. Восстановленный алюминий в расплавленном состоянии собирается на дне ванны, откуда его периодически выводят.

Анионы А1O33− и A1F6 3− движутся к аноду — графитовым стержням или болванкам. На аноде в первую очередь разряжается анион А1O33−:

А1O33− — 12е = 2А12O3 + 3O2.

Оксид алюминия вновь диссоциирует, и процесс повторяется. Расход глинозема все время восполняется. Количество криолита практически не меняется. Незначительные потери криолита происходят вследствие образования на аноде тетрафторида углерода CF4 . Электролитическое производство алюминия требует больших затрат электроэнергии (на получение 1 т алюминия расходуется около 20 тыс. квт • ч электроэнергии), поэтому алюминиевые заводы строят вблизи электростанций.

Применение. Широко применяется как конструкционный материал. В авиационной, медицинской и автомобильной промышленности. Основные достоинства алюминия в этом качестве — лёгкость, податливость штамповке, коррозионная стойкость (на воздухе алюминий мгновенно покрывается прочной плёнкой Al2O3, которая препятствует его дальнейшему окислению), высокая теплопроводность, неядовитость его соединений.

В частности, эти свойства сделали алюминий чрезвычайно популярным при производстве кухонной посуды, алюминиевой фольги в пищевой промышленности и для упаковки.

Основной недостаток алюминия как конструкционного материала — малая прочность, поэтому его обычно сплавляют с небольшим количеством меди и магния (сплав называется дюралюминий).

Он широко применяется в электротехнике для изготовления проводов, их экранирования и даже в микроэлектронике при изготовлении проводников в чипах. Недостатком алюминия как электротехнического материала является наличие прочной оксидной плёнки, затрудняющей пайку.

Благодаря комплексу свойств широко распространён в тепловом оборудовании.

Алюминий и его сплавы сохраняют прочность при сверхнизких температурах. Благодаря этому он широко используется в криогенной технике.

В производстве строительных материалов как газообразующий агент.

Алитированием придают коррозионную и окалиностойкость стальным и другим сплавам, например клапанам поршневых ДВС, лопаткам турбин, нефтяным платформам, теплообменной аппаратуре, а также заменяют цинкование.

Важнейшие соединения алюминия.

Полимер гидрида алюминия (AlH3)n. Белое, аморфное, нелетучее вещество. Устойчиво в вакууме (до 100оC).

Оксид алюминия (глинозем) Al2O3. Встречается в природе в виде корунда и различных его разновидностей: лейкосапфира, сапфира, рубина, восточного топаза, аметиста, изумруда. Гранецентрированные кубические кристаллы. Мало растворим в воде, растворяется в кислотах и щелочах. Гигроскопичен.. Применяют для получения огнеупорных масс, в изготовлении цемента для пломбирования зубов.

Гидроксид алюминия Al(OH)3. Метастабильные кристаллы (байерит) или моноклинные кристаллы (гидраргиллит или гиббсит). Растворим в кислотах и щелочах. Поглощает воду, ферменты, витамины, красители, различные соли. Фторид алюминия AlF3. Бесцветные прозрачные триклинные кристаллы. Мало растворим в воде, кислотах и щелочах.

Хлорид алюминия AlCl3. Бесцветные гексагональные кристаллы. Безводный хлорид алюминия разлагается водой. Присоединяет аммиак.

Бромид алюминия AlBr3 (или Al2Br6). Бесцветные блестящие ромбические пластинки. Растворяется в воде, сероуглероде, пиридине, нитробензоле и толуоле.

Иодид алюминия AlI3 (или Al2Сl6). Белые пластинки.. Растворяется в воде, спирте, эфире, сероуглероде, пиридине.

Гексафтороалюминат натрия (криолит) алюминия Na3[AlF6]. Встречается в природе. Используется в процессе электролитического получения алюминия, в производстве плавиковой кислоты, стекла и эмалей.

Сульфид алюминия Al2S3. Прозрачные желтые игольчатые гексагональные кристаллы. При действии воды подвергается полному гидролизу. Получают из элементов при высокой температуре (сжигание проволоки, ленты или листочков металлического алюминия в парах серы, введение серы в расплавленный алюминий).

Сульфат алюминия Al2(SO4)3. Белый порошок, плотность равна 2,71 г/см3 [2]. Разлагается при температуре выше 770°С, восстанавливается серой до сульфида. Растворяется в воде, трудно растворяется в спирте.

Нитрат алюминия Al(NO3)3. Бесцветные ромбические кристаллы. Растворяется в воде, спирте и эфире.Получают взаимодействием алюминия или гидроксида алюминия с азотной кислотой или обработкой сульфата алюминия нитратом бария.

Ортофосфат алюминия AlPO4. Белые твердые ромбические пластинки. Растворяется в минеральных кислотах, щелочах; мало растворим в воде и уксусной кислоте. Применяют как катализатор дегидратации спиртов, компонент термостойких связующих и стекол.