دیلدینا جولیا

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

دانلود:

پیش نمایش:

مدرسه متوسطه MAOU شماره 40

موضوع

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

دیلدینا یودیا،

کلاس 9 گرمی، 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 شعله.
5. نتیجه.

معرفی.

از اوایل کودکی مجذوب کار شیمیدانان بودم. به نظر می رسید آنها جادوگرانی بودند که با آموختن برخی از قوانین پنهان طبیعت، ناشناخته ها را خلق کردند. در دست این جادوگران، مواد تغییر رنگ داده، مشتعل، گرم یا سرد شده، منفجر می شوند. وقتی به کلاس شیمی آمدم، پرده شروع به بالا رفتن کرد و من شروع به درک چگونگی انجام فرآیندهای شیمیایی کردم. دوره تکمیل شده شیمی برای من کافی نبود، بنابراین تصمیم گرفتم روی پروژه کار کنم. می‌خواستم موضوعی که روی آن کار می‌کنم معنی‌دار باشد، به من کمک کند تا برای امتحان شیمی بهتر آماده شوم و ولعم را برای واکنش‌های زیبا و واضح برآورده کنم.

رنگ آمیزی شعله را با یون های فلزی در رنگ های مختلف در درس شیمی وقتی از فلزات قلیایی می گذریم مطالعه می کنیم. وقتی به این موضوع علاقه مند شدم، معلوم شد که در این مورد، به طور کامل فاش نشده 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. شیمی تجزیه را بشناسید.
2. روش های شیمی تجزیه را یاد بگیرید و مناسب ترین را برای کار خود انتخاب کنید.
3. با استفاده از آزمایش برای تعیین اینکه کدام فلز بخشی از نمک 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 تجزیه و تحلیل، جستجوی فرصت ها برای کاربرد عملی آنها، مطالعه مبانی نظری روش های تحلیلی است.

بسته به وظیفه روش ها، تجزیه و تحلیل کیفی و کمی متمایز می شود.

1. تجزیه و تحلیل کیفی - مجموعه ای از روش های شیمیایی، فیزیکوشیمیایی و فیزیکی که برای شناسایی عناصر، رادیکال ها و ترکیبات تشکیل دهنده ماده مورد تجزیه و تحلیل یا مخلوطی از مواد 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، انتشار یا انحلال رسوب، تشکیل گاز و غیره مشاهده می شود که به این گونه واکنش ها کیفی و با با کمک آنها می توان به راحتی ترکیب یک ماده را بررسی کرد.

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 مفهوم از عناصر شیمیایی را به عنوان اجزای اصلی مواد پیچیده که قابل تجزیه نیستند 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 تشکیل دهنده

آنالیت بر اساس نتایج به دست آمده، 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 می تواند خطاهای زیادی داشته باشد و کار به صفر می رسد.

تحلیل کمی معمولاً مقدم بر تحلیل کیفی است.

فصل 2

روشهای آنالیز شیمیایی

روش های آنالیز شیمیایی به 3 گروه تقسیم می شوند.

1. روشهای شیمیاییبر اساس واکنش های شیمیایی

در این حالت فقط از واکنش هایی می توان برای تجزیه و تحلیل استفاده کرد که با یک اثر خارجی بصری همراه باشد، مثلاً تغییر رنگ محلول، تکامل گازها، رسوب یا انحلال رسوبات و غیره. به عنوان سیگنال های تحلیلی در این مورد. به تغییرات شیمیایی که روی می دهد واکنش های تحلیلی و به موادی که باعث این واکنش ها می شوند، معرف های شیمیایی می گویند.

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 با جامدات بدون استفاده از حلال ها، به چنین روشی «مسیر خشک» می گویند. آن را به تجزیه و تحلیل پیروشیمیایی و تجزیه و تحلیل trituration تقسیم می شود. درتجزیه و تحلیل پیروشیمیایی وماده مورد بررسی 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. یکی دیگر از روش های آنالیز پیروتکنیکی، تولید مرواریدهای رنگی (لیوان) است. برای به دست آوردن مروارید، نمک ها و اکسیدهای فلزی را با تترابورات سدیم (Na2 B4O7 "10H2O) یا هیدروفسفات آمونیوم سدیم (NaNH4HP04 4H20) آلیاژ می کنند و رنگ شیشه های حاصل (مروارید) مشاهده می شود.
3. روش مالشدر پیشنهاد شد 1898 F. M. Flavitsky. یک ماده آزمایش جامد با یک معرف جامد تراش داده می شود و یک اثر خارجی مشاهده می شود. به عنوان مثال، نمک های کبالت با تیوسیانات آمونیوم می توانند رنگ آبی ایجاد کنند.

1. هنگام تجزیه و تحلیل با روش های فیزیکیبدون توسل به واکنش های شیمیایی، خواص فیزیکی ماده را با کمک ابزار مطالعه کنید. روش های فیزیکی شامل آنالیز طیفی، شب تاب، پراش اشعه ایکس و سایر روش های آنالیز می باشد.
2. با کمک روش های فیزیکی و شیمیاییبررسی پدیده های فیزیکی که در واکنش های شیمیایی رخ می دهد. به عنوان مثال، در روش رنگ سنجی، شدت رنگ بسته به غلظت یک 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 رنگ آمیزی شعله لامپ الکلی با یون های فلزی.

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

مواد آزمایشی: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. چندین بار تجربه خود را صرف کردم، در مرحله آخر بهترین نمونه ها انتخاب شدند که زمینه آن را ویدیو ساختیم.

یافته ها:

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

نتیجه.

تجزیه و تحلیل شیمیایی توسط یک فرد در بسیاری از زمینه ها استفاده می شود، در حالی که در درس های شیمی ما تنها با بخش کوچکی از این علم پیچیده آشنا می شویم. تکنیک هایی که در آنالیز پیروشیمیایی مورد استفاده قرار می گیرند، در تجزیه و تحلیل کیفی به عنوان یک آزمایش اولیه در تجزیه و تحلیل مخلوطی از مواد خشک یا به عنوان واکنش های تأیید استفاده می شوند. در تجزیه و تحلیل کیفی واکنش، راه "خشک" تنها نقش کمکی ایفا می کند، آنها معمولا به عنوان تست 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، انواع مواد قابل احتراق به آتش بازی های آتش بازی اضافه می شود که در میان آنها عناصر غیر فلزی (سیلیکون، بور، گوگرد) به طور گسترده ای نشان داده می شود. در طی اکسیداسیون بور و سیلیکون، مقدار زیادی انرژی آزاد می شود، اما محصولات گازی تشکیل نمی شوند، بنابراین از این مواد برای ساخت 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 واکنش پذیر (آلومینیوم، تیتانیوم، منیزیم) استفاده می شود که سوزاندن آنها در دمای بالا نور روشنی می دهد. این دارایی آنها برای پرتاب آتش بازی مورد استفاده قرار گرفت.

در روند کار، متوجه شدم که کار با مواد چقدر دشوار و مهم است، همه چیز آنطور که من دوست داشتم کاملاً موفق نبود. به عنوان یک قاعده، در درس های شیمی کار تمرینی کافی وجود ندارد، که به لطف آن مهارت های نظری کار می شود. این پروژه به من کمک کرد تا این مهارت را توسعه دهم. علاوه بر این، با کمال میل، همکلاسی هایم را با نتایج کارم آشنا کردم. این به آنها کمک کرد تا دانش نظری خود را تثبیت کنند.

سوختن آلومینیوم

سوزاندن آلومینیوم در هوا

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

اشتعال ذرات آلومینیوم در حین احتراق آن در فاز بخار اتفاق می افتد و شدت ناحیه درخششی که در اطراف ذره ظاهر می شود به آرامی افزایش می یابد. احتراق ثابت با وجود یک منطقه درخشان 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 کوچکی از اکسید تشکیل می شود که در اثر برخورد با هم ادغام می شوند.

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

احتراق آلومینیوم در بخار آب

احتراق آلومینیوم در بخار آب به طور ناهمگن اتفاق می افتد. هیدروژن آزاد شده در طی واکنش به تخریب فیلم اکسید کمک می کند. در حالی که 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 r /r 0 برابر است با 1.6-1.7. در طی احتراق، اندازه ذرات کاهش می یابد و نسبت gsw/?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، مشابه با احتراق 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 که یک ناحیه درخشش ناهمگن از محصولات واکنش را تشکیل می‌دهند. 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 که از ذره می سوزد.

برنج. 2.6. احتراق یک ذره آلیاژی 30% A1 + 70% Mg در فشار معمولی اتمسفر 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 معناست که قطرات مایع آلیاژ درون یک پوسته اکسید جامد محصور شده است. اکسید منیزیم در فیلم اکسید غالب است. منیزیم از طریق نقص فیلم نشت می کند و در شعله انتشار فاز بخار می سوزد.

در پایان مرحله اول، سیر واکنش های ناهمگن افزایش می یابد، همانطور که با ظهور مراکز درخشندگی درخشان بر روی 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 همگن و روشن‌تر احاطه می‌شود که با سوختن فلز کاهش می‌یابد. یکنواختی و کروی ناحیه شعله نشان می دهد که لایه اکسید روی سطح ذره ذوب شده است. انتشار فلز از طریق فیلم توسط مقاومت انتشار کم اکسید مایع ایجاد می شود. اندازه منطقه شعله به طور قابل توجهی بیشتر از اندازه ذره است که نشان دهنده احتراق فلز در فاز بخار است. مقایسه ماهیت مرحله دوم احتراق با الگوی شناخته شده احتراق آلومینیوم نشان دهنده شباهت زیاد است، احتمالاً آلومینیوم در این مرحله از فرآیند می سوزد. با سوختن، اندازه شعله کاهش می یابد، و در نتیجه، اندازه قطره سوختن کاهش می یابد. ذره سوخته برای مدت طولانی می درخشد.

تغییر اندازه ناحیه درخشش 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 خود می رسد (بخش اب). علاوه بر این، در زمان اصلی مرحله اول احتراق، نسبت r sv/ 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 جایی که). آخرین اما نه کم‌اهمیت فرسودگی آلومینیوم 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 دو مرحله ای باقی می ماند، اما ناپیوسته 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 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 سوختن ذرات آلیاژ 50% A1 + 50% Mg به اندازه ذرات و میزان 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 شکل مرجانی به خود می گیرد. آلومینیوم باقی مانده در مرجان تنها 1-10 میلی ثانیه پس از پایان مرحله اول مشتعل می شود. چنین ناپیوستگی فرآیند برای آلیاژهای هر ترکیبی معمول است.

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

1 - ذره اولیه 2 - ذرات قبل از اشتعال 3 - فرسودگی منیزیم 4 - فرسودگی آلومینیوم; 5- مرجان بعد از ذره تشکیل شده است

در طی احتراق آلیاژهای آلومینیوم منیزیم در دی اکسید کربن، تنها 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، در زیر ذره ای کاشته شده روی نوک سوزن، یک قرص فشرده از مخلوط پرکلرات آمونیوم و اوروتروپین با دمای احتراق 2500، 2700 و 3100 کلوین سوزانده شد.

احتراق ذرات آلیاژهای آلومینیوم منیزیم در این شرایط معمولاً با انفجار رخ می دهد. وجود یک انفجار مشخصه ذرات همه ترکیبات است. در نتیجه انفجار، ناحیه قابل توجهی از لومینسانس تشکیل می شود که نشانه غلبه احتراق فاز بخار است. عکس های 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) که به پارگی پوسته اکسید و پاشیدن قطره تبخیر نشده کمک می کند (شکل 2.9، که در).

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

آ- مرحله اولیه احتراق؛ ب- احتراق ثابت؛ که در- 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 نقاط جوش منیزیم و آلومینیوم است که در نتیجه جوشیدن منیزیم زمانی که ذره ای که در منطقه دمای بالا قرار دارد، انفجاری است و منجر به خرد شدن آلومینیوم باقی مانده می شود. دمای 2500 K در حال حاضر برای وقوع 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. S. 109-118.

عنصر شیمیایی گروه III سیستم 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 آنها - 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 رتبه اول و در بین سایر عناصر (پس از اکسیژن و سیلیکون) سوم است. آلومینیوم دو برابر آهن و 350 برابر مس، روی، کروم، قلع و سرب ترکیب شده است! همانطور که بیش از 100 سال پیش در کتاب کلاسیک خود نوشت مبانی شیمی D.I. مندلیف، از بین تمام فلزات، "آلومینیوم در طبیعت رایج ترین است. کافی است به بخشی از خاک رس اشاره کنیم تا توزیع کلی آلومینیوم در پوسته زمین مشخص باشد. آلومینیوم یا فلز آلوم (آلومن)، به‌طور دیگری رس نامیده می‌شود که در خاک رس یافت می‌شود.

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

3 . بزرگترین ذخایر بوکسیت در استرالیا، برزیل، گینه و جامائیکا است. 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 شناخته شده است که شامل آلومینیوم می شود. بیشتر آنها آلومینوسیلیکات هستند که عمدتاً پوسته زمین از آنها تشکیل شده است. هنگام هوازدگی، 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 - کائولن نیز وجود دارد که برای تهیه ظروف چینی و فایانوس استفاده می شود. را نیز ببینیدجعبه ها.

گاهی اوقات یک ماده معدنی فوق العاده سخت (پس از الماس) کوراندوم وجود دارد - اکسید کریستالی Al

2O3 ، اغلب توسط ناخالصی ها در رنگ های مختلف رنگ می شود. نوع آبی آن (مخلوطی از تیتانیوم و آهن) یاقوت کبود و قرمز (مخلوط کروم) یاقوت نامیده می شود. ناخالصی های مختلف می توانند به اصطلاح کوراندوم نجیب را در رنگ ها و سایه های سبز، زرد، نارنجی، بنفش و سایر رنگ 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، با این حال، در سال 1978، آلومینیوم بومی در صخره های سکوی سیبری - به شکل سبیل هایی با طول تنها 0.5 میلی متر - کشف شد. (با ضخامت نخ چند میکرومتر). در خاک ماه که از مناطق دریاهای بحران و فراوانی به زمین تحویل داده شد، امکان تشخیص آلومینیوم بومی نیز وجود داشت. فرض بر این است که آلومینیوم فلزی می تواند از تراکم از گاز تشکیل شود. مشخص است که وقتی هالیدهای آلومینیوم - کلرید، برومید، فلوراید - گرم می شوند، می توانند کم و بیش به راحتی تبخیر شوند (به عنوان مثال، AlCl

3 قبلاً در دمای 180 درجه سانتیگراد تصعید می شود. با افزایش شدید دما، هالیدهای آلومینیوم تجزیه می شوند و به حالتی با ظرفیت فلزی پایین تر مانند 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 یابد. آلومینیوم تک ظرفیتی را می توان فقط به فلز کاهش داد: 3AlCl® 2Al + AlCl 3 . این فرض همچنین توسط شکل رشته ای کریستال های آلومینیومی بومی پشتیبانی می شود. به طور معمول، کریستال های این ساختار به دلیل رشد سریع از فاز گاز تشکیل می شود. احتمالاً قطعات آلومینیومی میکروسکوپی در خاک ماه به روشی مشابه تشکیل شده است.

نام آلومینیوم از کلمه لاتین alumen (جنس case aluminis) گرفته شده است. به اصطلاح آلوم، سولفات پتاسیم-آلومینیوم دو برابر KAl(SO

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

در بسیاری از کتاب های مشهور شیمی، افسانه ای وجود دارد که مخترع خاصی که تاریخ نامش حفظ نشده است، کاسه ای ساخته شده از فلزی شبیه به رنگ نقره ای را برای امپراتور تیبریوس که در 14 تا 27 بعد از میلاد بر روم حکومت می کرد آورده است. فندک. این هدیه به قیمت جان استاد تمام شد: تیبریوس دستور داد او را اعدام کنند و کارگاه را خراب کنند، زیرا می ترسید فلز جدید بتواند نقره موجود در خزانه امپراتوری را کاهش دهد.

این افسانه بر اساس داستانی از پلینی بزرگ، نویسنده و محقق رومی، نویسنده است. تاریخ طبیعی- دایره 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 این شرط را دارند 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 انرژی زیادی لازم است. با این حال، اخیراً داده های جدیدی در مورد امکان اساسی به دست آوردن آلومینیوم فلزی در دوران باستان ظاهر شده است. همانطور که توسط تجزیه و تحلیل طیفی نشان داده شده است، تزئینات روی مقبره فرمانده چینی ژو-ژو، که در آغاز قرن سوم درگذشت. AD، از آلیاژی ساخته شده اند که 85٪ آلومینیوم دارد. 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 می توان آلومینیوم بومی را در دوران باستان یافت، مانند قطعاتی از طلا، نقره، مس؟ این نیز مستثنی است: آلومینیوم بومی نادرترین ماده معدنی است که در مقادیر ناچیز وجود دارد، بنابراین استادان باستانی نتوانستند چنین قطعاتی را به مقدار مناسب پیدا و جمع آوری کنند.

با این حال، توضیح دیگری در مورد داستان پلینی نیز ممکن است. آلومینیوم را می توان از سنگ معدن نه تنها با کمک الکتریسیته و فلزات قلیایی بازیابی کرد. از زمان های قدیم یک عامل کاهنده در دسترس و پرکاربرد وجود دارد - این زغال سنگ است 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 ساخته شده است یا خیر. آنها مخلوطی از خاک رس را با پودر زغال سنگ و نمک معمولی یا پتاس (کربنات پتاسیم) در یک بوته رسی تا حرارت قرمز حرارت دادند. نمک از آب دریا و پتاس از خاکستر گیاه 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 روی سطح بوته ظاهر شد! بازده فلز کم بود

, اما ممکن است از این طریق متالورژیست 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 . سبک تر از آلومینیوم فقط فلزات قلیایی و قلیایی خاکی (به جز باریم)، ​​بریلیم و منیزیم هستند. آلومینیوم همچنین به راحتی ذوب می شود - در دمای 600 درجه سانتیگراد (سیم آلومینیوم نازک را می توان روی یک مشعل آشپزخانه معمولی ذوب کرد)، اما فقط در 2452 درجه می جوشد.ج- از نظر رسانایی الکتریکی، آلومینیوم در جایگاه چهارم، پس از نقره (در مقام اول)، مس و طلا در رتبه دوم 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 درصد 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 پایین‌تر است (در ناحیه فرابنفش، نقره بازتاب بسیار کمی دارد).

آلومینیوم خالص فلزی نسبتاً نرم است - تقریباً سه برابر نرمتر از مس، بنابراین حتی صفحات و میله های آلومینیومی نسبتاً ضخیم نیز به راحتی خم می شوند، اما وقتی آلومینیوم آلیاژهایی را تشکیل می دهد (تعداد زیادی از آنها وجود دارد)، سختی آن می تواند ده برابر شود.

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

د اتم‌های آلومینیوم اوربیتال‌ها می‌توانند پیوندهای دهنده-گیرنده 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 4 –و خیلی های دیگر. کمپلکس هایی با ترکیبات آلی نیز شناخته شده اند.

فعالیت شیمیایی آلومینیوم بسیار بالا است. در سری پتانسیل های الکترود، بلافاصله پس از منیزیم قرار دارد. در نگاه اول، چنین جمله ای ممکن است عجیب به نظر برسد: از این گذشته، یک ظرف 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 در هوا، فلز با یک "زره" بی رنگ، نازک، اما قوی از اکسید پوشیده شده است که از فلز در برابر اکسیداسیون محافظت می کند. بنابراین، اگر یک سیم آلومینیومی ضخیم یا صفحه ای به ضخامت 0.5-1 میلی متر به شعله مشعل وارد شود، فلز ذوب می شود، اما آلومینیوم جریان نمی یابد، زیرا در کیسه ای از اکسید خود باقی می ماند. اگر آلومینیوم را از فیلم محافظ محروم کنید یا آن را شل کنید (به عنوان مثال، با غوطه ور کردن در محلول نمک های جیوه)، آلومینیوم فورا جوهره واقعی خود را نشان می دهد: در دمای اتاق، با تکامل آب شروع به واکنش شدید با آب می کند. هیدروژن: 2Al + 6H

2 O ® 2Al(OH) 3 + 3H 2 . در هوا، آلومینیوم بدون لایه محافظ درست در مقابل چشمان ما به پودر اکسید شل تبدیل می شود: 2Al + 3O 2 ® 2Al 2 O 3 . آلومینیوم به ویژه در حالت تقسیم ریز فعال است. گرد و غبار آلومینیوم وقتی در شعله دمیده می شود، فوراً می سوزد. اگر گرد 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 می‌دهد تا اکسیژن را از اکسیدهای تعدادی از فلزات دیگر گرفته و آنها را بازیابی کند (روش آلومینوترمی). معروف ترین مثال مخلوط ترمیت است که با سوزاندن آن گرمای زیادی آزاد می کند که آهن حاصل ذوب می شود: 8Al + 3Fe

3 O 4 ® 4 Al 2 O 3 + 9 Fe. این واکنش در سال 1856 توسط N.N. Beketov کشف شد. بدین ترتیب امکان احیای آهن به فلزات وجود دارد2 O 3 , CoO , NiO , MoO 3 , V 2 O 5 , SnO 2، CuO، تعدادی اکسید دیگر. هنگامی که آلومینیوم کاهش می یابد، 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، با اکسید کردن سطح آلومینیوم، به ضخیم شدن و سخت شدن لایه اکسید (به اصطلاح غیرفعال شدن فلز) کمک می کند. آلومینیومی که به این روش درمان شده است حتی با اسید کلریدریک واکنش نشان نمی دهد. با کمک الکتروشیمیایی

اکسیداسیون آندی (آنودایز) روی سطح آلومینیوم، می توانید یک فیلم ضخیم ایجاد کنید که به راحتی در رنگ های مختلف رنگ آمیزی می شود.

جابجایی فلزات کمتر فعال از محلول های نمک توسط آلومینیوم 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 انجام می شود.

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 О ® 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 (کوروندوم) 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 اسپینل یک سنگ نیمه قیمتی است که معمولاً با ناخالصی ها در رنگ های بسیار متنوع رنگ می شود.

آلومینیوم به شدت با هالوژن ها واکنش می دهد. اگر یک سیم نازک آلومینیومی با 1 میلی لیتر برم وارد لوله آزمایش شود، پس از مدت کوتاهی آلومینیوم مشتعل شده و با شعله 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 چماق هایی از 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 وارد می شود، بوریدهایی با ترکیب AlB 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. Hydride AlH، پایدار در غیاب رطوبت در دمای اتاق 3 به دست آمده در محلول اتر بی آب: Al Cl 3 + LiH ® AlH 3 + 3LiCl. با مقدار اضافی LiH، لیتیوم آلومینیوم هیدرید نمک مانند LiAlH 4 - یک عامل کاهنده بسیار قوی که در سنتز آلی استفاده می شود. فوراً با آب تجزیه می شود: LiAlH 4 + 4H 2 O ® LiOH + Al(OH) 3 + 4H 2. دریافت آلومینیوم کشف مستند آلومینیوم در سال 1825 اتفاق افتاد. برای اولین بار این فلز توسط یک فیزیکدان دانمارکی دریافت شد. هانس کریستین اورستدزمانی که آن را با اثر آمالگام پتاسیم روی کلرید آلومینیوم بی آب (که با عبور کلر از مخلوط داغ اکسید آلومینیوم و زغال سنگ به دست می آید) جدا کرد. اورستد با بیرون راندن جیوه، آلومینیومی را به دست آورد که با ناخالصی‌ها آلوده بود. در سال 1827، فریدریش ولر، شیمیدان آلمانی، آلومینیوم را به صورت پودر با کاهش هگزافلوئوروآلومینات پتاسیم به دست آورد: Na 3 AlF 6 + 3K ® Al + 3NaF + 3KF. بعدها موفق شد آلومینیوم را به شکل توپ های فلزی براق به دست آورد. در سال 1854، شیمیدان فرانسوی هنری اتین سنت کلر دویل، اولین روش صنعتی برای تولید آلومینیوم - با کاهش مذاب سدیم تتراکلروآلومینات: NaAlCl را توسعه داد. 4 + 3 Na ® Al + 4 NaCl. با این حال، آلومینیوم همچنان یک فلز بسیار کمیاب و گران قیمت بود. قیمت آن بسیار ارزانتر از طلا و 1500 برابر گرانتر از آهن نیست (الان فقط سه برابر). از طلا، آلومینیوم و سنگ های قیمتی، جغجغه ای در دهه 1850 برای پسر امپراتور فرانسه ناپلئون سوم ساخته شد. هنگامی که در سال 1855 در نمایشگاه جهانی پاریس شمش بزرگی از آلومینیوم که با روشی جدید به دست آمده بود به نمایش گذاشته شد، به عنوان یک جواهر به آن نگاه شد. قسمت بالایی (به شکل یک هرم) بنای یادبود واشنگتن در پایتخت آمریکا از آلومینیوم گرانبها ساخته شده بود. 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. در جلد اول معروف. فرهنگ لغت دایره المعارف بروکهاوس و افرون گفت که "آلومینیوم هنوز هم عمدتاً برای پانسمان ... اقلام 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 به دست آوردن آلومینیوم توسعه یافت، تولید سالانه آن به هزاران تن و در قرن بیستم آغاز شد. - میلیون تن این امر آلومینیوم را به یک فلز نیمه قیمتی در دسترس تبدیل کرد.

روش مدرن به دست آوردن 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 همچنین آزمایش کرد، حتی یک بار به دلیل آسیب رساندن به سفره شام ​​از مادرش سرزنش شد. و 10 سال بعد، او کشف برجسته ای کرد که او را در سراسر جهان تجلیل کرد.

هال که در سن 16 سالگی دانش آموز شد، از معلم خود، F.F. Jewett شنید که اگر کسی بتواند راهی ارزان برای به دست آوردن آلومینیوم ایجاد کند، این شخص نه تنها خدمات عظیمی به بشریت ارائه می دهد، بلکه درآمد هنگفتی نیز به دست خواهد آورد. ثروت جئوت می‌دانست در مورد چه چیزی صحبت می‌کند: او قبلاً در آلمان آموزش دیده بود، برای Wöhler کار می‌کرد و با او در مورد مشکلات تهیه آلومینیوم صحبت می‌کرد. جویت با خود به آمریکا نیز نمونه ای از فلز کمیاب آورد که به شاگردانش نشان داد. ناگهان هال با صدای بلند اعلام کرد: من این فلز را خواهم گرفت!

شش سال کار سخت ادامه یافت. هال تلاش کرد تا آلومینیوم را با 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 به دست می آمد. هال در انباری کار می کرد که در آنجا یک آزمایشگاه کوچک راه اندازی کرد. خواهرش جولیا که علاقه زیادی به آزمایشات برادرش داشت به او کمک کرد. او تمام نامه‌ها و دفترچه‌های کاری او را نگه می‌داشت، که به معنای واقعی کلمه روز به روز امکان ردیابی تاریخچه کشف را می‌دهد. 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 می توانست برای مدتی مجموعه را ترک کند، با عجله از خانه طولانی ما عبور می کرد تا کمی بازی کند... می دانستم که بازی با چنین چیزی

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

سخت ترین قسمت، یافتن الکترولیت و محافظت از آلومینیوم در برابر اکسیداسیون بود. پس از شش ماه کار طاقت فرسا، بالاخره چند توپ کوچک نقره ای در بوته ظاهر شد. هال بلافاصله نزد معلم سابق خود دوید تا از موفقیت خود گزارش دهد. او در حالی که دستش را دراز کرد، بانگ زد: «پروفسور، متوجه شدم!» دوجین توپ کوچک آلومینیومی در کف دستش قرار داشت. این اتفاق در 23 فوریه 1886 رخ داد. و دقیقاً دو ماه بعد، در 23 آوریل همان سال، پل هروکس فرانسوی حق اختراع مشابهی را که به طور مستقل و تقریباً همزمان ساخته بود به ثبت رساند (دو تصادف دیگر قابل توجه است: هر دو. هال و هرو در سال 1863 به دنیا آمدند و در سال 1914 درگذشتند.

در حال حاضر اولین توپ های آلومینیومی بدست آمده توسط هال در شرکت آلومینیوم آمریکا در پیتسبورگ به عنوان یک یادگار ملی نگهداری می شود و در دانشکده او بنای یادبودی برای هال وجود دارد که از آلومینیوم ریخته شده است. متعاقباً، Jewett نوشت: "مهمترین کشف من کشف انسان بود

. این چارلز ام. هال بود که در سن 21 سالگی راهی برای بازیابی آلومینیوم از سنگ معدن کشف کرد و به این ترتیب آلومینیوم را به فلز شگفت انگیزی ساخت که امروزه به طور گسترده در سراسر جهان استفاده می شود. پیشگویی Jewett محقق شد: هال به رسمیت شناخته شد، عضو افتخاری بسیاری از انجمن های علمی شد. اما زندگی شخصی او شکست خورد: عروس نمی خواست این واقعیت را تحمل کند 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 و فرزندان و همه چیز او، تمام زندگی او بود." هال همچنین بیشتر ارث خود را - 5 میلیون دلار - به کالج واگذار کرد. هال در سن 51 سالگی بر اثر سرطان خون درگذشت.

روش هال به دست آوردن آلومینیوم نسبتاً ارزان با استفاده از برق در مقیاس بزرگ امکان پذیر شد. اگر از سال 1855 تا 1890 فقط 200 تن آلومینیوم به دست می آمد، در طول یک دهه بعد، طبق روش هال، 28000 تن از این فلز در سراسر جهان به دست آمد! تا سال 1930، تولید سالانه آلومینیوم در جهان به 300000 تن رسید. اکنون سالانه بیش از 15 میلیون تن آلومینیوم تولید می شود. در حمامهای ویژه در دمای 960-970 درجه سانتیگراد، محلول آلومینا (فنی Al

2O3 ) 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 انتهای حمام (کاتد) تجمع می یابد، اکسیژن بر روی آندهای کربن آزاد می شود که به تدریج می سوزند. در ولتاژ پایین (حدود 4.5 ولت)، الکترولیزها جریان های زیادی را مصرف می کنند -تا 250 000 A! برای یک روز، یک الکترولیز حدود یک تن آلومینیوم تولید می کند. تولید به مقدار زیادی برق نیاز دارد: 15000 کیلووات ساعت برق برای تولید 1 تن فلز صرف می شود. این مقدار برق یک ساختمان بزرگ 150 آپارتمانی را برای یک ماه تمام مصرف می کند. تولید آلومینیوم از نظر زیست محیطی خطرناک است، زیرا هوای اتمسفر با ترکیبات فرار فلوئور آلوده است.استفاده از آلومینیوم. حتی D.I.Mendeleev نوشت که "آلومینیوم فلزی با داشتن سبکی و استحکام زیاد و تغییرپذیری کم در هوا برای برخی از محصولات بسیار مناسب است." آلومینیوم یکی از رایج ترین و ارزان ترین فلزات است. بدون آن، تصور زندگی مدرن 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 در ساخت و ساز و فناوری هوانوردی کاربرد فراوانی دارد. آلومینیوم نور را به خوبی منعکس می کند. بنابراین، از آن برای ساخت آینه استفاده می شود - با رسوب فلز در خلاء.

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 "دورالومین"؛ نام از شهر آلمانی Düren گرفته شده است). این آلیاژ پس از سخت شدن سختی خاصی پیدا می کند و حدود 7 برابر آلومینیوم خالص استحکام می یابد. 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 با 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 بود. به عنوان مثال، ملخ های هلیکوپتر از آلیاژ آلومینیوم، منیزیم و سیلیکون ساخته شده اند. برنز آلومینیوم نسبتا ارزان (تا 11٪ Al) دارای خواص مکانیکی بالایی است، در آب دریا و حتی در اسید هیدروکلریک رقیق پایدار است. از برنز آلومینیومی در اتحاد جماهیر شوروی از سال 1926 تا 1957 سکه هایی در عیارهای 1، 2، 3 و 5 کوپک ضرب شد.

در حال حاضر، یک چهارم کل آلومینیوم برای نیازهای ساخت و ساز استفاده می شود، همان مقدار توسط مهندسی حمل و نقل مصرف می شود، تقریبا 17٪ برای بسته بندی مواد و قوطی ها، 10٪ - در مهندسی برق مصرف می شود.

آلومینیوم همچنین حاوی بسیاری از مخلوط های قابل احتراق و انفجاری است. آلوموتول، مخلوط ریخته گری 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 به دست آوردن فلزات و آلیاژهای خاص، برای جوشکاری ریل، در مهمات آتش زا استفاده می شود.

آلومینیوم همچنین به عنوان سوخت موشک کاربرد عملی پیدا کرده است. احتراق کامل 1 کیلوگرم آلومینیوم تقریباً چهار برابر کمتر از یک کیلوگرم نفت سفید به اکسیژن نیاز دارد. 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. در طی "احتراق" آلومینیوم در آب، 8800 کیلوژول به ازای هر 1 کیلوگرم محصول آزاد می شود. این 1.8 برابر کمتر از زمانی است که فلز در اکسیژن خالص می سوزد، اما 1.3 برابر بیشتر از زمانی است که در هوا می سوزد. این بدان معنی است که می توان از آب ساده به جای ترکیبات خطرناک و گران قیمت به عنوان یک عامل اکسید کننده برای چنین سوختی استفاده کرد. ایده استفاده از آلومینیوم در

به عنوان سوخت در سال 1924 توسط دانشمند و مخترع داخلی F.A. Zander پیشنهاد شد. طبق برنامه وی، عناصر آلومینیومی فضاپیما می توانند به عنوان سوخت اضافی مورد استفاده قرار گیرند. این پروژه جسورانه هنوز به صورت عملی اجرا نشده است، اما بیشتر پیشرانه های موشک جامد شناخته شده در حال حاضر حاوی فلز آلومینیوم به شکل یک پودر ریز تقسیم شده هستند. افزودن 15 درصد آلومینیوم به سوخت می تواند دمای محصولات احتراق را هزار درجه (از 2200 به 3200 کلوین) افزایش دهد. میزان اگزوز محصولات احتراق از نازل موتور نیز به طور قابل توجهی افزایش می یابد - شاخص اصلی انرژی 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 یک ماده نسوز و ساینده (مری)، ماده اولیه برای تولید سرامیک است. از آن مواد لیزر، بلبرینگ ساعت، سنگ جواهرات (یقوت مصنوعی) نیز ساخته می شود. اکسید آلومینیوم کلسینه شده یک جاذب برای تمیز کردن گازها و مایعات و یک کاتالیزور برای تعدادی از واکنش های آلی است. کلرید آلومینیوم بی آب یک کاتالیزور در سنتز آلی (واکنش فریدل کرافت) است که ماده اولیه برای به دست آوردن 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 هنگام ته نشین شدن، ناخالصی های معلق و حتی میکروارگانیسم های موجود در آب را روی سطح جذب کرده و همچنین جذب می کند. علاوه بر این، سولفات آلومینیوم به عنوان ماده ای برای رنگرزی پارچه ها، برای 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 نیترید آلومینیوم یک ماده نسوز برای کوره های الکتریکی است. زئولیت های مصنوعی (آنها متعلق به آلومینوسیلیکات ها هستند) در کروماتوگرافی و کاتالیزورها جاذب هستند. ترکیبات ارگانوآلومینیوم (به عنوان مثال تری اتیل آلومینیوم) اجزای کاتالیزور زیگلر-ناتا هستند 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 متالش. 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