Дылдына Жулиа

Дөл нь өөр өнгөтэй байж болно, энэ нь зөвхөн түүнд нэмсэн металлын давсаас хамаарна.

Татаж авах:

Урьдчилан үзэх:

МАОУ-ын 40-р дунд сургууль

Сэдэв

Дөлөөр будах нь аналитик химийн аргуудын нэг юм.

Дылдына Юдиа,

9г анги., МАОУ-ын 40-р дунд сургууль

Удирдагч:

Гуркина Светлана Михайловна,

Биологи, химийн багш.

Пермь, 2015 он

1. Танилцуулга.
2. 1-р бүлэг Аналитик хими.
3. 2-р бүлэг Аналитик химийн аргууд.
4. 3-р бүлэг Дөлний өнгөний урвал.
5. Дүгнэлт.

Танилцуулга.

Багаасаа л би химичүүдийн ажилд их дуртай байсан. Тэд байгалийн далд хуулиудыг сурч мэдсэнийхээ дараа үл мэдэгдэх зүйлийг бүтээдэг илбэчид бололтой. Эдгээр илбэчдийн гарт бодисууд өнгө өөрчлөгдөж, гал авалцаж, халааж, хөргөж, дэлбэрч байв. Химийн ангид ороход хөшиг босч, химийн процесс хэрхэн явагддагийг ойлгож эхэлсэн. Төгссөн химийн курс надад хангалтгүй байсан тул би төсөл дээр ажиллахаар шийдсэн. Би ажиллаж буй сэдвээ утга учиртай болгож, химийн шалгалтанд илүү сайн бэлдэхэд тусалж, үзэсгэлэнтэй, тод хариу үйлдэл үзүүлэх хүслээ хангахыг хүссэн.

Бид химийн хичээлээр шүлтлэг металлаар дамжихдаа дөлийг янз бүрийн өнгөөр ​​металлын ионоор будахыг судалдаг. Би энэ сэдвийг сонирхож эхлэхэд энэ тохиолдолд энэ нь бүрэн илчлэгдээгүй байсан. Би үүнийг илүү нарийвчлан судлахаар шийдсэн.

Зорилтот: Энэ ажлын тусламжтайгаар би зарим давсны чанарын найрлагыг хэрхэн тодорхойлохыг сурахыг хүсч байна.

Даалгаварууд:

1. Аналитик химитэй танилц.
2. Аналитик химийн аргуудыг сурч, миний ажилд хамгийн тохиромжтойг нь сонго.
3. Туршилтыг ашиглан ямар металл давсны нэг хэсэг болохыг тодорхойлох.

1-р бүлэг.

Аналитик хими.

Аналитик хими -Бодисын химийн найрлага, хэсэгчлэн бүтцийг судалдаг химийн салбар.

Энэ шинжлэх ухааны зорилго нь бодисыг бүрдүүлдэг химийн элементүүд буюу элементийн бүлгүүдийг тодорхойлох явдал юм.

Судалгааны сэдэв нь одоо байгаа аргуудыг боловсронгуй болгох, шинэ шинжилгээний аргуудыг хөгжүүлэх, тэдгээрийг практикт ашиглах боломжийг эрэлхийлэх, аналитик аргын онолын үндсийг судлах явдал юм.

Аргын даалгавраас хамааран чанарын болон тоон шинжилгээг ялгадаг.

1. Чанарын шинжилгээ - шинжилж буй бодис, бодисын хольцыг бүрдүүлдэг элемент, радикал, нэгдлүүдийг илрүүлэхэд ашигладаг хими, физик-хими, физикийн аргуудын багц. Чанарын шинжилгээнд өнгө харагдах, алга болох, тунадас ялгарах, уусах, хий үүсэх гэх мэт ажиглагддаг хялбар, боломжтой, онцлог шинж чанартай химийн урвалуудыг ашиглаж болно.Иймэрхүү урвалыг чанарын гэж нэрлэдэг. Тэдгээрийн тусламжтайгаар бодисын найрлагыг хялбархан шалгаж болно.

Чанарын шинжилгээг ихэвчлэн усан уусмалд хийдэг. Энэ нь ионы урвал дээр суурилдаг бөгөөд тэнд агуулагдах бодисын катион эсвэл анионыг илрүүлэх боломжийг олгодог. Роберт Бойл энэ шинжилгээний үндэслэгч гэж тооцогддог. Тэрээр химийн элементүүдийн тухай энэхүү ойлголтыг задрах боломжгүй нийлмэл бодисын үндсэн хэсэг болгон нэвтрүүлсэн бөгөөд үүний дараа тэрээр өөрийн цаг үед мэдэгдэж байсан бүх чанарын урвалуудыг системчилсэн.

1. Тоон шинжилгээ - бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн харьцааг тодорхойлох химийн, физик-хими, физикийн аргуудын багц.

шинжлэгч. Үүний үр дүнд үндэслэн тэнцвэрийн тогтмол, уусах бүтээгдэхүүн, молекул ба атомын массыг тодорхойлж болно. Ийм дүн шинжилгээ хийх нь илүү төвөгтэй байдаг, учир нь энэ нь болгоомжтой, шаргуу арга барилыг шаарддаг, эс тэгвээс үр дүн нь өндөр алдаа гаргаж, ажил тэг болж буурах болно.

Тоон шинжилгээг ихэвчлэн чанарын шинжилгээ хийдэг.

2-р бүлэг

Химийн шинжилгээний аргууд.

Химийн шинжилгээний аргуудыг 3 бүлэгт хуваадаг.

1. Химийн аргуудхимийн урвал дээр үндэслэсэн.

Энэ тохиолдолд зөвхөн харааны гадаад нөлөөлөл дагалддаг ийм урвалыг шинжилгээнд ашиглаж болно, жишээлбэл, уусмалын өнгө өөрчлөгдөх, хийн хувьсал, хур тунадас, тунадасыг уусгах гэх мэт. Эдгээр гадны нөлөөлөл үйлчилнэ. Энэ тохиолдолд аналитик дохио болдог. Хийж буй химийн өөрчлөлтийг аналитик урвал, эдгээр урвалыг үүсгэгч бодисыг химийн урвалж гэж нэрлэдэг.

Бүх химийн аргыг хоёр бүлэгт хуваадаг.

1. Урвалыг "нойтон зам" гэж нэрлэгддэг уусмалд явуулдаг.
2. Уусгагч ашиглахгүйгээр хатуу бодисоор шинжилгээ хийх аргыг ийм аргыг "хуурай зам" гэж нэрлэдэг. Энэ нь пирохимийн шинжилгээ, тритурацийн шинжилгээ гэж хуваагддаг. AtПирохимийн шинжилгээ баШалгаж буй бодисыг хийн түлшний дөлөөр халаадаг. Энэ тохиолдолд олон тооны металлын дэгдэмхий давс (хлорид, нитрат, карбонат) нь дөл нь тодорхой өнгө өгдөг. Пиротехникийн шинжилгээний өөр нэг арга бол өнгөт сувд (нүдний шил) үйлдвэрлэх явдал юм. Сувд авахын тулд металлын давс, ислийг натрийн тетраборат (Na2 B4O7 "10H2O) эсвэл натрийн аммонийн гидрофосфат (NaNH4HP04 4H20) -аар хайлуулж, үүссэн шилний өнгө (сувд) ажиглагддаг.
3. Үрэлт хийх аргаонд санал болгосон 1898 Ф.М. Флавицки. Туршилтын хатуу бодисыг хатуу урвалжаар нунтаглаж, гадны нөлөөлөл ажиглагдаж байна. Жишээлбэл, аммонийн тиоцианаттай кобальтын давс нь цэнхэр өнгө өгдөг.

1. Физик аргаар шинжлэх үедхимийн урвалд орохгүйгээр материалын физик шинж чанарыг багажийн тусламжтайгаар судлах. Физик аргууд нь спектрийн шинжилгээ, гэрэлтэгч, рентген туяа болон бусад шинжилгээний аргуудыг агуулдаг.
2. Физик-химийн аргын тусламжтайгаархимийн урвалд тохиолддог физик үзэгдлийг судлах. Жишээлбэл, колориметрийн аргад өнгөний эрчмийг тухайн бодисын концентрацаас хамаарч хэмждэг бол кондуктометрийн шинжилгээнд уусмалын цахилгаан дамжуулалтын өөрчлөлтийг хэмждэг.

3-р бүлэг

Лабораторийн ажил.

Галын өнгөний урвал.

Зорилтот: Спиртийн чийдэнгийн дөлийг металлын ионоор будахыг судлах.

Би ажилдаа металлын ионоор дөл будах пиротехникийн шинжилгээний аргыг ашиглахаар шийдсэн.

Туршилтын бодисууд:металлын давс (натрийн фтор, литийн хлорид, зэсийн сульфат, барийн хлорид, кальцийн хлорид, стронцийн сульфат, магнийн хлорид, хар тугалганы сульфат).

Тоног төхөөрөмж: шаазан аяга, этилийн спирт, шилэн саваа, төвлөрсөн давсны хүчил.

Ажлыг гүйцэтгэхийн тулд би этилийн спиртэнд давсны уусмал хийж, дараа нь галд авав. Би өөрийн туршлагаа хэд хэдэн удаа зарцуулсан бөгөөд сүүлийн шатанд хамгийн шилдэг дээжийг сонгосон бөгөөд бид видео бичлэг хийсэн.

Судалгааны үр дүн:

Олон металлын дэгдэмхий давс нь дөлийг эдгээр металлын онцлог шинж чанартай янз бүрийн өнгөөр ​​​​буддаг. Өнгө нь давсны дулааны задралын үр дүнд үүссэн чөлөөт металлын халуун уураас хамаардаг бөгөөд тэдгээрийг шатаагч дөл рүү оруулах үед үүсдэг. Миний хувьд эдгээр давс нь натрийн фтор ба литийн хлорид байсан тул тод ханасан өнгө өгдөг.

Дүгнэлт.

Химийн шинжилгээг хүн төрөлхтөн олон салбарт ашигладаг боловч химийн хичээлээр бид энэхүү нарийн төвөгтэй шинжлэх ухааны жижиг хэсэгтэй танилцдаг. Пирохимийн шинжилгээнд ашигладаг аргуудыг чанарын шинжилгээнд хуурай бодисын хольцын шинжилгээнд урьдчилсан туршилт эсвэл баталгаажуулах урвал болгон ашигладаг. Урвалын чанарын шинжилгээнд "хуурай" арга нь зөвхөн туслах үүрэг гүйцэтгэдэг бөгөөд тэдгээрийг ихэвчлэн анхан шатны туршилт, баталгаажуулалтын урвал болгон ашигладаг.

Үүнээс гадна эдгээр урвалыг хүмүүс бусад үйлдвэрүүдэд, жишээлбэл, салют буудуулдаг. Бидний мэдэж байгаагаар салют бол пиротехникийн найрлагыг шатаах замаар олж авсан янз бүрийн өнгө, хэлбэрийн гоёл чимэглэлийн гэрэл юм. Тиймээс пиротехникийн салютуудад янз бүрийн шатамхай бодис нэмдэг бөгөөд тэдгээрийн дотор металл бус элементүүд (цахиур, бор, хүхэр) өргөн тархсан байдаг. Бор, цахиурыг исэлдүүлэх явцад их хэмжээний энерги ялгардаг боловч хийн бүтээгдэхүүн үүсдэггүй тул эдгээр бодисыг хойшлуулсан гал хамгаалагч (тодорхой хугацаанд бусад нэгдлүүдийг асаахад) ашигладаг. Олон хольц нь органик нүүрстөрөгчийн материалыг агуулдаг. Жишээлбэл, нүүрс (хар нунтаг, салют бууддаг) эсвэл элсэн чихэр (утааны гранат). Өндөр температурт шаталт нь хурц гэрэл өгдөг реактив металууд (хөнгөн цагаан, титан, магни) ашиглагддаг. Тэдний энэ өмчийг салют буухад ашиглаж эхэлсэн.

Ажлын явцад би бодистой ажиллах нь хичнээн хэцүү, чухал болохыг ойлгосон, гэхдээ миний хүссэнээр бүх зүйл бүрэн амжилтанд хүрээгүй. Дүрмээр бол химийн хичээл дээр дадлагын ажил хангалтгүй, үүний ачаар онолын ур чадварыг хөгжүүлдэг. Төсөл надад энэ чадварыг хөгжүүлэхэд тусалсан. Нэмж дурдахад би ангийнхаа хүүхдүүдийг ажлынхаа үр дүнг танилцуулсандаа маш их баяртай байсан. Энэ нь тэдэнд онолын мэдлэгээ бататгахад тусалсан.

Шатаж буй хөнгөн цагаан

Агаарт хөнгөн цагаан шатаах

Магниас ялгаатай нь хөнгөн цагааны нэг ширхэг хэсгүүд нь агаар эсвэл усны ууранд 2100 К хүртэл халаахад гал авалцдаггүй. Магнийн шатаж буй хэсгүүдийг хөнгөн цагааныг асаахад ашигласан. Сүүлд нь халаалтын элементийн гадаргуу дээр байрлуулсан бөгөөд хөнгөн цагааны хэсгүүд нь зүүний үзүүр дээр 10-4 м-ийн зайд байрладаг.

Гал асаах үед хөнгөн цагааны хэсгүүдийн гал асаах нь уурын үе шатанд тохиолддог бөгөөд бөөмийн эргэн тойронд гарч ирэх гэрэлтүүлгийн бүсийн эрч хүч аажмаар нэмэгддэг. Хөдөлгөөнгүй шаталт нь металыг бараг бүрэн шатааж дуустал хэмжээ нь өөрчлөгддөггүй гэрэлтэх бүс байдаг гэдгээрээ онцлог юм. Гэрэлтэх бүс ба бөөмийн хэмжээсийн харьцаа 1.6-1.9 байна. Гэрэлтэх бүсэд жижиг ислийн дуслууд үүсдэг бөгөөд тэдгээр нь мөргөлдөх үед нийлдэг.

Бөөмийн шаталтын дараах үлдэгдэл нь дотор нь металл агуулаагүй хөндий бүрхүүл юм. Бөөмийн шатаах хугацаа нь түүний хэмжээнээс хамаарах хамаарлыг томъёогоор илэрхийлнэ (шаталт нь тэгш хэмтэй).

Усны уур дахь хөнгөн цагааны шаталт

Усны уур дахь хөнгөн цагааны гал асаах нь гетероген байдлаар явагддаг. Урвалын явцад ялгарсан устөрөгч нь оксидын хальсыг устгахад хувь нэмэр оруулдаг; харин шингэн хөнгөн цагаан исэл (эсвэл гидроксид) нь 10-15 микрон хүртэл диаметртэй дусал хэлбэрээр цацагддаг. Оксидын бүрхүүлийн ийм эвдрэл үе үе давтагддаг. Энэ нь металлын нэлээд хэсэг нь бөөмийн гадаргуу дээр шатаж байгааг харуулж байна.

Шаталтын эхэн үед харьцаа r /р 0 нь 1.6-1.7-тай тэнцүү байна. Шаталтын үед ширхэгийн хэмжээ багасч, gsw/?o харьцаа 2.0-3.0 хүртэл нэмэгддэг. Усны уур дахь хөнгөн цагааны тоосонцорыг шатаах хурд нь агаараас бараг 5 дахин их байдаг.

Хөнгөн цагаан-магнийн хайлшийг шатаах

Агаар дахь хөнгөн цагаан-магнийн хайлшийг шатаах

Агаар дахь хувьсах найрлагатай хөнгөн цагаан-магнийн хайлш, хүчилтөрөгч-аргон хольц, усны уур, нүүрстөрөгчийн давхар ислийн хэсгүүдийн гал асаах нь дүрмээр бол магнийн хэсгүүдийн гал асаахтай адил явагддаг. Галын эхэн үед гадаргуу дээр исэлдэлтийн урвал явагддаг.

Хөнгөн цагаан-магнийн хайлшийн шаталт нь хөнгөн цагаан, магнийн аль алиных нь шаталтаас эрс ялгаатай бөгөөд хайлш дахь бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн харьцаа, исэлдүүлэгч орчны параметрүүдээс ихээхэн хамаардаг. Хайлшийн хэсгүүдийн шаталтын хамгийн чухал шинж чанар нь хоёр үе шаттай процесс юм (Зураг 2.6). Эхний шатанд бөөмс нь бамбараар хүрээлэгдсэн бөгөөд энэ нь урвалын бүтээгдэхүүний нэгэн төрлийн бус гэрэлтэх бүсийг бүрдүүлдэг. Шаталтын эхний үе шатанд хайлшны бөөмсийг тойрсон гэрэлтүүлгийн бүсийн шинж чанар, хэмжээг шатаж буй магнийн бөөмийн эргэн тойрон дахь гэрэлтүүлгийн бүсийн шинж чанар, хэмжээстэй харьцуулж үзвэл (2.4-р зургийг үз) энэ үе шатанд голчлон байна гэж дүгнэж болно. бөөмсөөс шатдаг магни.

Цагаан будаа. 2.6. Эзлэхүүнээр 15% O агуулсан хольц дахь хэвийн атмосферийн даралтад 30% A1 + 70% Mg хайлшны бөөмийн шаталт 2ба 85% Ar:

1, 2 – магнийн шаталт; 3-6 – хөнгөн цагааны шаталт

Хайлшийн шаталтын эхний үе шатны онцлог нь бөөмийн хэмжээ, дөлний бүсийн тогтмол байдал юм. Энэ нь хайлшийн шингэн дусал нь хатуу оксидын бүрхүүлийн дотор хаалттай байна гэсэн үг юм. Оксидын хальсанд магнийн исэл давамгайлдаг. Магни нь хальсны согогоор гадагш урсаж, уурын фазын тархалтын дөлөөр шатдаг.

Эхний үе шатны төгсгөлд нэг төрлийн бус урвалын явц нэмэгдэж байгаа нь бөөмийн гадаргуу дээр тод гэрэлтэх төвүүд гарч ирснээр нотлогддог. Гетероген урвалын үед ялгарах дулаан нь бөөмсийг исэл хайлах цэг хүртэл халааж, шаталтын хоёр дахь шат эхлэхэд хувь нэмэр оруулдаг.

Шаталтын хоёр дахь шатанд бөөмс нь жигд, илүү тод гэрэлтэх бүсээр хүрээлэгдсэн байдаг бөгөөд энэ нь метал шатах тусам буурдаг. Галын бүсийн жигд байдал, бөмбөрцөг байдал нь бөөмийн гадаргуу дээрх ислийн хальс хайлж байгааг харуулж байна. Металл хальсаар дамжин тархах нь шингэний оксидын тархалтын эсэргүүцэл багатай байдаг. Галын бүсийн хэмжээ нь бөөмийн хэмжээнээс ихээхэн давсан бөгөөд энэ нь уурын үе дэх металлын шаталтыг илтгэнэ. Шаталтын хоёр дахь шатны шинж чанарыг хөнгөн цагааны шаталтын мэдэгдэж буй зурагтай харьцуулах нь үйл явцын энэ үе шатанд хөнгөн цагааны шаталт ихтэй төстэй байгааг харуулж байна. Энэ нь шатах тусам дөлийн хэмжээ буурч, улмаар шатаж буй дуслын хэмжээ багасдаг. Шатаасан тоосонцор нь удаан хугацаанд гэрэлтдэг.

Тодорхойлсон механизмын дагуу шатаж буй бөөмийн гэрэлтүүлгийн бүсийн хэмжээг өөрчлөх нь нарийн төвөгтэй ажил юм (Зураг 2.7). Гал асаасаны дараа утга r St. /р 0 хурдан (-0.1 мс-д) хамгийн дээд хэмжээндээ хүрнэ (хэсэг ab). Цаашилбал, шаталтын эхний үе шатны үндсэн хугацаанд харьцаа r sv/ r 0 тогтмол хэвээр байна (хэсэг bv). Магнийн шаталт дуусахад r cv/ r 0-ийг хамгийн бага хэмжээнд хүртэл бууруулсан (цэг G),дараа нь хөнгөн цагааны шаталт эхлэхэд энэ нь нэмэгддэг (хэсэг хаана). Хамгийн сүүлд гэхдээ хөнгөн цагааны шаталт r St. /р 0 нь монотон байдлаар буурдаг (хэсэг де) үүссэн оксидын хэмжээтэй тохирох эцсийн утга хүртэл.

Цагаан будаа. 2.7.:

1 – хайлш 30% Al + 70% Mg, агаар; 2 – хайлш 30% A1 + 70% Mg, хольц 15% O2 + 85% Ar; 3 – хайлш 50% A1 + 50% Mg, агаар

Хөнгөн цагаан-магнийн хайлшийг шатаах үйл явцын механизм ба параметрүүд нь хайлшийн найрлагаас ихээхэн хамаардаг. Хайлш дахь магнийн агууламж буурах тусам шаталтын эхний үе шатанд гэрэлтэх бүсийн хэмжээ, энэ үе шатны үргэлжлэх хугацаа буурдаг. Хайлш дахь магнийн агууламж 30% -иас бага байвал процесс нь хоёр үе шаттай хэвээр байгаа боловч тасалдалтай болдог. Эхний үе шатны төгсгөлд гэрэлтэх бүс нь бөөмийн хэмжээ хүртэл багасч, шаталтын процесс зогсч, хөнгөн цагаан нь бөөмс дахин гал авалцсаны дараа л шатдаг. Дахин гал авалцдаггүй хэсгүүд нь дотор нь шатаагүй хөнгөн цагааны дуслуудыг агуулсан хөндий сүвэрхэг ислийн бүрхүүл юм.

Бөөмийн шатаах хугацаа нь тэдгээрийн анхны диаметрээс хамаарах хамаарлыг дараах эмпирик томъёогоор илэрхийлнэ.

Хөнгөн цагаан-магнийн хайлшийг хүчилтөрөгчийн аргон, усны уур, нүүрстөрөгчийн давхар ислийн холимогт шатаах.

Хүчилтөрөгч-аргон хольц дахь хөнгөн цагаан-магнийн хайлшийн хэсгүүдийн шаталтын шинж чанар нь агаартай ижил байдаг. Хүчилтөрөгчийн агууламж буурах тусам магнийн шаталтын үед гэрэлтэх бүсийн хэмжээ мэдэгдэхүйц буурдаг. 50% A1 + 50% Mg хайлшны хэсгүүдийн шатаах хугацаа нь ширхэгийн хэмжээ ба хольц дахь хүчилтөрөгчийн агууламжаас эзлэхүүний хувиар хамаарахыг томъёогоор илэрхийлнэ.

Усны уур дахь хайлшийн шаталт нь мэдэгдэхүйц ялгаатай (Зураг 2.8). Эхний үе шатанд үүссэн ислийн хальс нь устөрөгчөөр устдаг бөгөөд бөөмс нь шүрэн хэлбэртэй болдог. Шүрэнд үлдсэн хөнгөн цагаан нь эхний шат дууссаны дараа ердөө 1-10 мс-ийн дараа гал авалцдаг. Процессын ийм тасалдал нь ямар ч найрлагатай хайлшийн хувьд ердийн зүйл юм.

Цагаан будаа. 2.8. Хөнгөн цагаан-магнийн хайлш (50:50) бөмбөрцөг хэлбэртэй шаталтын хэсгүүд(а) мөн буруу(б) хэвийн атмосферийн даралттай усны уурын орчинд үүсдэг.

1 - анхны бөөмс; 2 - гал асаахаас өмнөх бөөмс; 3 - магнийн шаталт; 4 - хөнгөн цагааны шаталт; 5 - бөөмийн дараа үүссэн шүрэн

Нүүрстөрөгчийн давхар исэл дэх хөнгөн цагаан-магнийн хайлшийг шатаах үед зөвхөн магни нь бөөмсөөс шатаж, дараа нь шаталтын процесс зогсдог.

Өндөр температурт дөлөөр хөнгөн цагаан магнийн хайлшийг шатаах

Өндөр температурт металлын хэсгүүдийг шатаах процессыг судлахын тулд зүүний үзүүрт суулгасан бөөмийн дор 2500, 2700, 3100 К-ийн шаталтын температурыг тооцоолсон аммонийн перхлорат ба уротропины хольцоос шахмал шахмал шатаасан.

Эдгээр нөхцөлд хөнгөн цагаан-магнийн хайлшийн хэсгүүдийн шаталт нь дүрмээр бол дэлбэрэлт болдог. Дэлбэрэлт байгаа нь бүх найрлагын хэсгүүдийн шинж чанар юм. Дэлбэрэлтийн үр дүнд гэрэлтэлтийн мэдэгдэхүйц бүс үүсдэг бөгөөд энэ нь уурын фазын шаталт давамгайлж байгаагийн шинж тэмдэг юм. Шаталтын эхэн үед шатаж буй бөөмийн зураг (Зураг 2.9, а) ислийн бүрхүүлийн бүх гадаргуу дээр гетероген урвал явагддаг болохыг харуулж байна. Гетероген урвалын дулааны улмаас металлын хурдан ууршилт үүсдэг (Зураг 2.9, б), исэлдүүлэгч бүрхүүлийн хагарал, ууршаагүй дуслыг цацахад хувь нэмэр оруулдаг (Зураг 2.9, in).

Цагаан будаа. 2.9. 95% Al-ийн хайлшийн хэсгүүдийн шаталтисэлдүүлэгч дөл дэх 5% Mg-тай (температур 2700 К):

а- шаталтын эхний үе шат; б- суурин шаталт; in- хуваагдах

Б.Г.Лрабей, С.Е.Салибеков, Ю.В.Ленинский нарын үзэж байгаагаар хөнгөн цагаан-магнийн хайлшийн хэсгүүдийг бутлах нь магни, хөнгөн цагааны буцалгах температурын маш их зөрүүгээс үүдэлтэй бөгөөд үүний үр дүнд магни буцалгах үед тоосонцор нь өндөр температурын бүсэд тэсрэх аюултай бөгөөд үлдсэн хөнгөн цагааныг бутлахад хүргэдэг. 2500 К-ийн температур нь тэсрэх шаталт үүсэхэд аль хэдийн хангалттай бөгөөд энэ нь байгалийн юм, учир нь энэ температур нь хоёр бүрэлдэхүүн хэсгийн буцалгах цэгээс давсан байна.

• Арабей Б.Г., Салибеков С.Е., Левинский Ю.В.Металл тоосны гал асаах, шатаах зарим шинж чанарууд // Нунтаг металлурги. 1964. No 3. S. 109-118.

үечилсэн системийн III бүлгийн химийн элемент, атомын дугаар 13, харьцангуй атомын масс 26.98. Байгалийн хувьд энэ нь зөвхөн нэг тогтвортой нуклидаар илэрхийлэгддэг 27 Ал. Хөнгөн цагааны хэд хэдэн цацраг идэвхт изотопуудыг зохиомлоор гаргаж авсан бөгөөд хамгийн удаан эдэлгээтэй нь - 26 Аль хагас задралын хугацаа 720 мянган жил байна. байгальд хөнгөн цагаан . Дэлхийн царцдасын хөнгөн цагаан маш их байдаг: жингийн 8.6%. Энэ нь бүх металлын дунд нэгдүгээрт, бусад элементүүдийн дунд гуравдугаарт (хүчилтөрөгч, цахиурын дараа) ордог. Хөнгөн цагаан нь төмрөөс хоёр дахин, зэс, цайр, хром, цагаан тугалга, хар тугалга нийлээд 350 дахин их байна! Тэрээр 100 гаруй жилийн өмнө сонгодог сурах бичигтээ бичсэн шиг Химийн үндэсД.И.Менделеев, бүх металлуудаас “хөнгөн цагаан бол байгальд хамгийн түгээмэл байдаг; Энэ нь шаврын нэг хэсэг гэдгийг тэмдэглэхэд хангалттай бөгөөд ингэснээр дэлхийн царцдас дахь хөнгөн цагааны ерөнхий тархалт тодорхой болно. Хөнгөн цагаан буюу хөнгөн цагааны металыг (хөнгөн цагаан) өөрөөр хэлбэл шаварт байдаг шавар гэж нэрлэдэг.

Хамгийн чухал хөнгөн цагааны эрдэс бол боксит, үндсэн исэл AlO (OH) ба гидроксид Al (OH) -ийн холимог юм.

3 . Бокситын хамгийн том ордууд нь Австрали, Бразил, Гвиней, Ямайкад байдаг; бусад оронд ч аж үйлдвэрийн үйлдвэрлэл явуулдаг. Алунит (шалтан чулуу) нь хөнгөн цагаан (Na,K)-аар баялаг. 2 SO 4 Al 2 (SO 4) 3 4Al (OH) 3, нефелин (Na, K) 2 O Al 2 O 3 2SiO 2 . Нийтдээ 250 гаруй ашигт малтмал мэдэгдэж байгаа бөгөөд үүнд хөнгөн цагаан; тэдгээрийн ихэнх нь дэлхийн царцдас үндсэндээ үүсдэг алюминосиликатууд юм. Тэдний цаг агаарт шавар үүсдэг бөгөөд үүний үндэс нь каолинит Al юм 2 O 3 2SiO 2 2H 2 O. Төмрийн хольц нь ихэвчлэн шаврыг бор өнгөтэй болгодог, гэхдээ бас цагаан шавар байдаг - шаазан, фаянс бүтээгдэхүүн хийхэд ашигладаг каолин. бас үзнэ үүХАЙРЦУУЛГА.

Заримдаа онцгой хатуу (алмазаас хойш хоёр дахь) эрдэс корунд байдаг - талст оксид Al.

2O3 , ихэвчлэн янз бүрийн өнгөт хольцоор будагдсан байдаг. Түүний цэнхэр сортыг (титан ба төмрийн хольц) индранил, улааныг (хромын хольц) бадмаараг гэж нэрлэдэг. Янз бүрийн хольц нь эрхэм корундыг ногоон, шар, улбар шар, нил ягаан болон бусад өнгө, сүүдэрт будаж болно.

Саяхныг хүртэл хөнгөн цагаан нь маш идэвхтэй металлын хувьд байгальд чөлөөт төлөвт агуулагдах боломжгүй гэж үздэг байсан боловч 1978 онд Сибирийн платформын чулуулагаас уугуул хөнгөн цагааныг ердөө 0.5 мм урт сахал хэлбэрээр илрүүлжээ. (хэд хэдэн микрометрийн зузаантай утастай). Хямрал ба элбэг дэлбэг тэнгисийн бүс нутгаас дэлхийд хүргэгдсэн сарны хөрсөнд уугуул хөнгөн цагааныг илрүүлэх боломжтой байв. Металл хөнгөн цагааныг хийн конденсацаар үүсгэж болно гэж үздэг. Хөнгөн цагаан галогенид - хлорид, бромид, фторыг халаахад тэдгээр нь бага эсвэл бага хэмжээгээр ууршдаг (жишээлбэл, AlCl)

3 аль хэдийн 180 ° C-д сублимат үүсгэдэг). Температурын хүчтэй өсөлтөөр хөнгөн цагаан галидууд задарч, металлын бага валенттай төлөвт шилждэг, жишээлбэл, AlCl. Ийм нэгдэл нь температур буурч, хүчилтөрөгч байхгүй үед конденсацлах үед хатуу үе шатанд диспропорциональ урвал явагдана: хөнгөн цагаан атомуудын зарим нь исэлдэж, ердийн гурвалсан төлөвт ордог, зарим нь багасдаг. Моновалент хөнгөн цагааныг зөвхөн металл болгон бууруулж болно: 3AlCl® 2Al + AlCl 3 . Энэхүү таамаглалыг уугуул хөнгөн цагааны талстуудын судалтай хэлбэр мөн баталж байна. Ерөнхийдөө энэ бүтцийн талстууд нь хийн фазын хурдацтай өсөлтөөс болж үүсдэг. Сарны хөрсөн дэх хөнгөн цагааны микроскопийн бөөм үүнтэй төстэй байдлаар үүссэн байх.

Хөнгөн цагааны нэр нь латин alumen (genus case aluminis) гэсэн үгнээс гаралтай. Alum гэж нэрлэгддэг, давхар кали-хөнгөн цагааны сульфат KAl(SO

4) 2 12H 2 O) , даавууг будахад будагч бодис болгон ашигладаг байсан. Латин нэр нь Грекийн "халме" - давсны уусмал, давсны уусмалаас гаралтай байх магадлалтай. Англид хөнгөн цагаан нь хөнгөн цагаан, АНУ-д хөнгөн цагаан байдаг нь сонин юм.

Химийн олон алдартай номонд нэр нь түүхэнд хадгалагдаагүй нэгэн зохион бүтээгч МЭ 14-27 онд Ромыг захирч байсан эзэн хаан Тибериусд мөнгөлөг өнгөтэй металлаар хийсэн аяга авчирсан гэсэн домог байдаг. хөнгөн. Энэхүү бэлэг нь эзэнд амь насаа алдсан: Тибериус түүнийг цаазалж, цехийг устгахыг тушаав, учир нь тэр шинэ металл нь эзэн хааны эрдэнэсийн сан дахь мөнгөний үнэ цэнийг бууруулж магадгүй гэж айж байв.

Энэхүү домог нь Ромын зохиолч, эрдэмтэн, зохиолч Плиний Ахлагчийн түүхээс сэдэвлэсэн болно байгалийн түүх- эртний үеийн байгалийн шинжлэх ухааны мэдлэгийн нэвтэрхий толь бичиг. Плиний хэлснээр шинэ металлыг "шавар шороо" -оос гаргаж авсан. Гэхдээ шавар нь хөнгөн цагааныг агуулдаг.

Орчин үеийн зохиолчид энэ түүх бүхэлдээ үзэсгэлэнтэй үлгэрээс өөр зүйл биш гэж бараг үргэлж тэмдэглэдэг. Энэ нь гайхмаар зүйл биш юм: чулуулаг дахь хөнгөн цагаан нь хүчилтөрөгчтэй маш хүчтэй холбогддог бөгөөд үүнийг ялгаруулахын тулд маш их энерги зарцуулдаг. Гэсэн хэдий ч саяхан металл хөнгөн цагааныг эртний үед олж авах үндсэн боломжийн талаар шинэ мэдээлэл гарч ирэв. Спектрийн шинжилгээгээр 3-р зууны эхээр нас барсан Хятадын командлагч Жоу-Жугийн булшны чимэглэлийг харуулсан. AD нь 85% хөнгөн цагааны хайлшаар хийгдсэн. Эртний хүмүүс үнэ төлбөргүй хөнгөн цагаан авч чадах байсан болов уу? Бүх мэдэгдэж буй аргууд (электролиз, металл натри эсвэл калигаар багасгах) автоматаар арилдаг. Алт, мөнгө, зэс гэх мэт уугуул хөнгөн цагааныг эртний үед олж болох уу? Үүнийг мөн хассан: уугуул хөнгөн цагаан бол маш бага хэмжээгээр агуулагддаг хамгийн ховор ашигт малтмал тул эртний мастерууд ийм бөөмийг зохих хэмжээгээр олж, цуглуулж чадаагүй юм.

Гэсэн хэдий ч Плиний түүхийн өөр тайлбар бас боломжтой. Хөнгөн цагааныг зөвхөн цахилгаан болон шүлтлэг металлын тусламжтайгаар хүдрээс гаргаж авах боломжтой. Эрт дээр үеэс боломжтой бөгөөд өргөн хэрэглэгддэг бууруулагч бодис байдаг - энэ бол нүүрс бөгөөд түүний тусламжтайгаар олон металлын исэл нь халах үед чөлөөт металл болж буурдаг. 1970-аад оны сүүлээр Германы химич нар эрт дээр үед хөнгөн цагааныг нүүрсээр ангижруулах замаар хийж болох эсэхийг шалгахаар шийджээ. Тэд нүүрсний нунтаг, энгийн давс эсвэл калийн карбонат (калийн карбонат) бүхий шавартай холимогийг шавар саванд хийж улаан галд халаана. Зөвхөн эрт дээр үед байсан бодис, аргыг ашиглахын тулд давсыг далайн уснаас, калийг ургамлын үнснээс гаргаж авдаг байв. Хэсэг хугацааны дараа хөнгөн цагаан бөмбөлөг бүхий шаар нь тигелийн гадаргуу дээр хөвж байв! Металлын гарц бага байсан

, гэхдээ эртний төмөрлөгчид ийм аргаар "20-р зууны металл"-ыг олж авсан байж магадгүй юм.хөнгөн цагааны шинж чанар. Цэвэр хөнгөн цагааны өнгө нь мөнгөтэй төстэй бөгөөд энэ нь маш хөнгөн металл юм: түүний нягт нь ердөө 2.7 г / см. 3 . Хөнгөн цагаанаас хөнгөн нь зөвхөн шүлтлэг ба шүлтлэг шороон металлууд (барийн бусад), бериллий, магни юм. Хөнгөн цагаан нь хайлахад хялбар байдаг - 600 хэмд (нимгэн хөнгөн цагаан утсыг энгийн гал тогооны зууханд хайлуулж болно), гэхдээ зөвхөн 2452 хэмд буцалгана.C. Цахилгаан дамжуулах чанарын хувьд хөнгөн цагаан нь 4-р байранд, мөнгө (энэ нь нэгдүгээрт), зэс, алтны дараа ордог бөгөөд энэ нь хөнгөн цагааны өртөг багатай тул практик ач холбогдолтой юм. Металлын дулаан дамжилтын илтгэлцүүр ижил дарааллаар өөрчлөгддөг. Хөнгөн цагааны өндөр дулаан дамжилтыг хөнгөн цагаан халбагаар халуун цайнд дүрж шалгахад хялбар байдаг. Мөн энэ металлын бас нэг гайхалтай шинж чанар: түүний гөлгөр, гялалзсан гадаргуу нь гэрлийг төгс тусгадаг: долгионы уртаас хамааран спектрийн харагдах хэсэгт 80-аас 93% хүртэл байдаг. Хэт ягаан туяаны бүсэд хөнгөн цагаан нь энэ талаар ижил төстэй байдаггүй бөгөөд зөвхөн улаан бүсэд мөнгөнөөс арай доогуур байдаг (хэт ягаан туяанд мөнгө маш бага тусгалтай байдаг).

Цэвэр хөнгөн цагаан бол нэлээд зөөлөн металл юм - зэсээс бараг гурав дахин зөөлөн, тиймээс харьцангуй зузаан хөнгөн цагаан хавтан, саваа ч нугалахад хялбар байдаг, гэхдээ хөнгөн цагаан хайлш үүсгэх үед (тэдгээрийн тоо асар их байдаг) хатуулаг нь арав дахин нэмэгддэг.

Хөнгөн цагааны исэлдэлтийн шинж чанар нь +3, гэхдээ дүүргэгдээгүй 3 байгаатай холбоотой Р- ба 3

г Орбитал хөнгөн цагаан атомууд нэмэлт донор-хүлээн авагчийн холбоо үүсгэж болно. Тиймээс Al ион 3+ жижиг радиустай нь олон төрлийн катион ба анионик комплекс үүсгэдэг нарийн төвөгтэй формацид маш өртөмтгий байдаг: AlCl4 – , AlF 6 3– , 3+ , Al(OH) 4 – , Al(OH) 6 3– , AlH 4 –болон бусад олон. Органик нэгдлүүдтэй цогцолборууд бас мэдэгдэж байна.

Хөнгөн цагааны химийн идэвхжил маш өндөр; электродын потенциалын цувралд энэ нь магнийн ард шууд ордог. Эхлээд харахад ийм мэдэгдэл нь хачирхалтай мэт санагдаж магадгүй юм: эцэст нь хөнгөн цагаан тогоо эсвэл халбага нь агаарт нэлээд тогтвортой бөгөөд буцалж буй усанд нурж унахгүй. Хөнгөн цагаан нь төмрөөс ялгаатай нь зэвэрдэггүй. Агаарт метал нь исэлдүүлэхээс хамгаалдаг оксидын өнгөгүй, нимгэн, гэхдээ хүчтэй "хуяг" -аар бүрхэгдсэн байдаг. Тиймээс, зузаан хөнгөн цагаан утас эсвэл 0.5-1 мм зузаантай хавтанг шатаагч дөлөнд оруулбал метал хайлдаг боловч хөнгөн цагаан нь урсдаггүй, учир нь энэ нь ислийн уутанд үлддэг. Хэрэв та хөнгөн цагааныг хамгаалалтын хальснаас нь салгаж эсвэл сул болговол (жишээлбэл, мөнгөн усны давсны уусмалд дүрж) хөнгөн цагаан нь жинхэнэ мөн чанарыг нь шууд харуулах болно: аль хэдийн өрөөний температурт энэ нь усаар хүчтэй урвалд орж эхэлдэг. устөрөгч: 2Al + 6H

2 O ® 2Al(OH) 3 + 3H 2 . Агаарт хамгаалалтын хальсгүй хөнгөн цагаан нь бидний нүдний өмнө сул ислийн нунтаг болж хувирдаг: 2Al + 3O 2 ® 2Al 2 O 3 . Хөнгөн цагаан нь ялангуяа нарийн хуваагдсан төлөвт идэвхтэй байдаг; хөнгөн цагаан тоос нь дөл рүү үлээхэд тэр даруй шатдаг. Хэрэв та вааран тавган дээр хөнгөн цагаан тоосыг натрийн хэт исэлтэй хольж, хольц дээр ус дусаах юм бол хөнгөн цагаан нь мөн шатаж, цагаан дөлөөр шатдаг.

Хүчилтөрөгчтэй хөнгөн цагааны маш өндөр хамаарал нь бусад олон металлын исэлээс хүчилтөрөгчийг "зайлж", тэдгээрийг нөхөн сэргээх боломжийг олгодог (алюминотермийн арга). Хамгийн алдартай жишээ бол термитийн хольц бөгөөд шатаах үед маш их дулаан ялгаруулдаг тул үүссэн төмөр хайлдаг: 8Al + 3Fe

3 O 4 ® 4 Al 2 O 3 + 9Fe. Энэ урвалыг 1856 онд Н.Н.Бекетов нээсэн. Энэ аргаар Fe металлыг багасгах боломжтой2 O 3 , CoO, NiO, MoO 3 , V 2 O 5 , SnO 2, CuO, бусад хэд хэдэн исэл. Хөнгөн цагааныг багасгахад Cr2 O 3 , Nb 2 O 5 , Ta 2 O 5 , SiO 2 , TiO 2 , ZrO 2 , B 2 O 3урвалын дулаан нь урвалын бүтээгдэхүүнийг хайлах цэгээс дээш халаахад хангалтгүй.

Хөнгөн цагаан нь шингэрүүлсэн эрдэс хүчилд амархан уусч, давс үүсгэдэг. Баяжуулсан азотын хүчил нь хөнгөн цагааны гадаргууг исэлдүүлэх замаар ислийн хальсыг өтгөрүүлж, хатууруулахад хувь нэмэр оруулдаг (металлыг идэвхгүйжүүлэх гэж нэрлэдэг). Ийм аргаар боловсруулсан хөнгөн цагаан нь давсны хүчилтэй ч урвалд ордоггүй. Цахилгаан химийн тусламжтайгаар

хөнгөн цагааны гадаргуу дээр анод исэлдэлт (аноджуулах) хийснээр та янз бүрийн өнгөөр ​​будахад хялбар зузаан хальс үүсгэж болно.

Давсны уусмалаас идэвхгүй металлыг хөнгөн цагаанаар нүүлгэн шилжүүлэхэд хөнгөн цагаан гадаргуу дээрх хамгаалалтын хальс нь ихэвчлэн саад болдог. Энэ хальс нь зэсийн хлоридоор хурдан устдаг тул 3CuCl урвал амархан явагддаг.

2 + 2Al ® 2AlCl 3 + 3Cu, энэ нь хүчтэй халаалт дагалддаг. Хүчтэй шүлтийн уусмалд хөнгөн цагаан нь устөрөгч ялгаруулж амархан уусдаг: 2Al + 6NaOH + 6H 2 О ® 2Na 3 + 3H 2 (бусад анионик гидроксо цогцолборууд бас үүсдэг). Хөнгөн цагааны нэгдлүүдийн амфотер шинж чанар нь түүний шинэхэн тунадасжсан исэл ба гидроксидыг шүлтлэгт амархан уусгаснаар илэрдэг. Кристал исэл (корунд) нь хүчил, шүлтлэгт маш тэсвэртэй. Шүлттэй холилдоход усгүй алюминатууд үүсдэг: Al 2 O 3 + 2NaOH ® 2NaAlO 2 + H 2 O. Магнийн алюминат Mg(AlO 2) 2 Спинель бол олон янзын өнгөөр ​​ихэвчлэн хольцоор будагдсан хагас үнэт чулуу юм.

Хөнгөн цагаан нь галогентэй хүчтэй урвалд ордог. Хэрэв нимгэн хөнгөн цагаан утсыг 1 мл бромтой туршилтын хоолойд оруулбал богино хугацааны дараа хөнгөн цагаан нь гал авалцаж, тод дөлөөр шатдаг. Хөнгөн цагаан ба иодын нунтаг холимгийн урвалыг дусал усаар эхлүүлдэг (иодтой ус нь ислийн хальсыг устгадаг хүчил үүсгэдэг), үүний дараа нил ягаан иодын уураар тод дөл гарч ирдэг. Усан уусмал дахь хөнгөн цагааны галогенид нь гидролизийн улмаас хүчиллэг байдаг: AlCl

3 + H 2 O Al(OH)Cl 2 + HCl. Хөнгөн цагааны азотын урвал нь зөвхөн 800 ° C-аас дээш температурт AlN нитрид, хүхэртэй - 200 ° C-д үүсдэг (Al сульфид үүсдэг. 2 S 3 ), 500°С-т фосфортой (AlP фосфид үүсдэг). Борыг хайлсан хөнгөн цагаанд оруулахад AlB найрлагатай боридууд 2 ба AlB 12 - хүчилд тэсвэртэй галд тэсвэртэй нэгдлүүд. Гидрид (AlH) x (x = 1.2) нь зөвхөн вакуумд бага температурт атомын устөрөгчийг хөнгөн цагааны ууртай урвалд оруулдаг. Гидрид AlH, өрөөний температурт чийггүй үед тогтвортой 3 усгүй эфирийн уусмалаас гаргаж авсан: Al Cl 3 + LiH ® AlH 3 + 3LiCl. Илүүдэл LiH, давстай төстэй литийн хөнгөн цагаан гидрид LiAlH 4 - органик нийлэгжилтэнд ашигладаг маш хүчтэй бууруулагч бодис. Энэ нь усаар шууд задардаг: LiAlH 4 + 4H 2 O ® LiOH + Al(OH) 3 + 4H 2. Хөнгөн цагаан авах. Хөнгөн цагааны баримтжуулсан нээлт 1825 онд болсон. Анх удаа энэ металлыг Данийн физикч хүлээн авчээ. Ханс Кристиан Эрстедтэр үүнийг усгүй хөнгөн цагаан хлорид дээр калийн амальгамын үйлчлэлээр тусгаарлах үед (хлорыг хөнгөн цагааны исэл ба нүүрсний халуун хольцоор дамжуулж олж авсан). Мөнгөн усыг зайлуулж, Oersted хөнгөн цагааныг олж авав, гэхдээ хольцоор бохирдсон. 1827 онд Германы химич Фридрих Вёлер калийн гексафтороалюминатыг багасгаж хөнгөн цагааныг нунтаг хэлбэрээр гаргаж авсан. Na 3 AlF 6 + 3K ® Al + 3NaF + 3KF. Дараа нь тэрээр гялалзсан металл бөмбөлөг хэлбэрээр хөнгөн цагааныг олж авч чадсан. 1854 онд Францын химич Анри Этьен Сен-Клэр Девилл натрийн тетрахлоралюминатыг хайлуулж, хөнгөн цагаан үйлдвэрлэх анхны үйлдвэрлэлийн аргыг боловсруулсан: NaAlCl. 4 + 3Na ® Al + 4NaCl. Гэсэн хэдий ч хөнгөн цагаан нь маш ховор, үнэтэй металл хэвээр байв; алтнаас нэг их хямд биш, төмрөөс 1500 дахин үнэтэй (одоо ердөө гурав дахин). Алт, хөнгөн цагаан, үнэт чулуугаар 1850-иад онд Францын эзэн хаан III Наполеоны хүүд зориулж шажигнаж хийсэн. 1855 онд Парист болсон дэлхийн үзэсгэлэнд шинэ аргаар гаргаж авсан хөнгөн цагааны том ембүүг үзүүлэхэд түүнийг үнэт эрдэнийн чулуу гэж үзжээ. АНУ-ын нийслэл дэх Вашингтоны хөшөөний дээд хэсгийг (пирамид хэлбэрээр) үнэт хөнгөн цагаанаар хийсэн. Тэр үед хөнгөн цагаан мөнгөнөөс хамаагүй хямд байсан: жишээлбэл, АНУ-д 1856 онд нэг фунт (454 гр) 12 доллар, мөнгө 15 доллараар зарагдаж байсан. 1-р ботид алдартай. Брокхаус ба Эфроны нэвтэрхий толь бичигт "хөнгөн цагааныг голчлон ... тансаг эд зүйлсийг хувцаслахад ашигладаг хэвээр байна" гэжээ. Тэр үед дэлхий даяар жилд ердөө 2.5 тонн металл олборлодог байв. Зөвхөн 19-р зууны төгсгөлд хөнгөн цагааныг олж авах электролитийн аргыг боловсруулж байх үед түүний жилийн үйлдвэрлэл хэдэн мянган тонн болж эхэлсэн бөгөөд 20-р зуунд. – сая тонн. Энэ нь хөнгөн цагааныг өргөн тархсан хагас үнэт металл болгосон.

Хөнгөн цагаан үйлдвэрлэх орчин үеийн аргыг 1886 онд Америкийн залуу судлаач нээжээ. Чарльз Мартин Холл. Тэрээр багаасаа химийн хичээлд сонирхолтой болсон. Аавынхаа хуучин химийн сурах бичгийг олсон тэрээр үүнийг хичээнгүйлэн судалж, туршилт хийж эхэлсэн бөгөөд оройн хоолны ширээний бүтээлгийг гэмтээсэн гэж ээжээсээ загнуулж байсан удаатай. 10 жилийн дараа тэрээр дэлхий даяар түүнийг алдаршуулсан гайхалтай нээлт хийсэн.

16 настайдаа оюутан болсон Холл өөрийн багш Ф.Ф.Жеветтээс хэрэв хэн нэгэн хөнгөн цагааныг хямд аргаар олж авах арга боловсруулж чадвал энэ хүн хүн төрөлхтөнд асар их үйлчилгээ үзүүлээд зогсохгүй асар их ашиг олох болно гэдгийг сонссон. аз. Жэветт юу ярьж байгаагаа мэдэж байсан: тэрээр өмнө нь Германд сургаж, Вёлерт ажиллаж байсан бөгөөд түүнтэй хөнгөн цагаан авах асуудлын талаар ярилцсан. Түүнтэй хамт Америкт Жеветт ховор металлын дээж авчирч, шавь нартаа үзүүлжээ. Гэнэт Холл чанга дуугаар: "Би энэ металлыг авна!"

Зургаан жилийн шаргуу хөдөлмөр үргэлжилсэн. Холл хөнгөн цагааныг янз бүрийн аргаар олж авахыг оролдсон боловч амжилтанд хүрсэнгүй. Эцэст нь тэрээр энэ металлыг электролизийн аргаар гаргаж авахыг оролдсон. Тухайн үед цахилгаан станц байхгүй байсан тул гүйдлийг нүүрс, цайр, азот, хүхрийн хүчлээс гар хийцийн том батерей ашиглан олж авах шаардлагатай байв. Холл амбаарт ажиллаж, жижиг лаборатори байгуулжээ. Түүнд дүүгийнхээ туршилтыг маш их сонирхдог Жулиа эгч нь тусалсан. Тэрээр түүний бүх захидал, ажлын тэмдэглэлийг хөтөлж байсан бөгөөд энэ нь нээлтийн түүхийг өдөр бүр шууд хянах боломжийг танд олгоно. Ингээд түүний дурсамжаас хэсэгчлэн хүргэе.

"Чарльз үргэлж сайхан сэтгэлтэй байсан бөгөөд хамгийн муу өдрүүдэд ч азгүй зохион бүтээгчдийн хувь заяаг шоолж чаддаг байв. Бүтэлгүйтсэн үед тэрээр манай хуучин төгөлдөр хуураар тайтгарлыг олсон. Гэрийнхээ лабораторид тэрээр олон цагаар завсарлагагүйгээр ажилладаг байв; Тэгээд тэр зураг авалтын талбайг хэсэг хугацаанд орхиж чадвал тэр манай урт байшингаар бага зэрэг тоглохоор яаран гүйдэг ... Би ийм хүмүүстэй тоглохыг мэддэг байсан.

сэтгэл татам, мэдрэмжтэй тэрээр ажлынхаа талаар байнга боддог. Хөгжим түүнд үүнд тусалсан.

Хамгийн хэцүү зүйл бол электролитийг олох, хөнгөн цагааныг исэлдэлтээс хамгаалах явдал байв. Зургаан сарын турш ядарсан хөдөлмөрийн дараа эцэст нь тигелд хэдэн жижиг мөнгөн бөмбөлөг гарч ирэв. Холл тэр даруй өмнөх багш руугаа гүйж, амжилтаа тайлагнажээ. "Профессор, би ойлголоо!" гэж тэр гараа сунган хэлэв: алган дээр нь хэдэн арван жижиг хөнгөн цагаан бөмбөлөг хэвтэж байв. Энэ нь 1886 оны 2-р сарын 23-нд болсон. Тэгээд яг хоёр сарын дараа буюу мөн оны 4-р сарын 23-нд Францын иргэн Пол Херу үүнтэй төстэй шинэ бүтээлийн патентыг бие даан, бараг нэгэн зэрэг хийсэн (өөр хоёр давхцал нь гайхалтай: хоёулаа Холл, Херу нар 1863 онд төрж, 1914 онд нас баржээ).

Одоо Холлын олж авсан хөнгөн цагааны анхны бөмбөлгүүдийг үндэсний дурсгал болгон Питтсбург дахь Америкийн хөнгөн цагааны компанид хадгалдаг бөгөөд түүний коллежид хөнгөн цагаанаар цутгасан Холлын хөшөө байдаг. Дараа нь Жэветт: "Миний хамгийн чухал нээлт бол хүнийг нээсэн явдал юм

. Чарльз М.Холл 21 настайдаа хүдрээс хөнгөн цагааныг гаргаж авах аргыг нээсэн бөгөөд ингэснээр одоо дэлхий даяар өргөн хэрэглэгдэж байгаа гайхамшигт металлыг хөнгөн цагаан болгосон юм. Жэветтийн зөгнөл биелэв: Холл өргөнөөр хүлээн зөвшөөрөгдөж, олон шинжлэх ухааны нийгэмлэгийн хүндэт гишүүн болжээ. Гэвч түүний хувийн амьдрал бүтэлгүйтсэн: сүйт залуу нь бүх цагийг лабораторид өнгөрөөдөг болохыг сүйт бүсгүй тэвчихийг хүсээгүй тул сүй тавьсан юм. Холл насан туршдаа ажилласан төрөлх коллеждоо тайвширсан. Чарльзын ахын бичсэнчлэн "Коллеж бол түүний эхнэр, хүүхдүүд, бүх зүйл, амьдралынхаа туршид байсан". Холл мөн коллежид өв залгамжлалынхаа ихэнх хэсгийг буюу 5 сая долларыг гэрээслэн үлдээжээ.Холл 51 насандаа цусны хорт хавдраар нас баржээ.

Холлын арга нь цахилгаан эрчим хүчийг их хэмжээгээр ашиглан харьцангуй хямд хөнгөн цагааныг авах боломжтой болсон. Хэрэв 1855-1890 он хүртэл ердөө 200 тонн хөнгөн цагаан авсан бол дараагийн арван жилд Холлын аргын дагуу дэлхий даяар 28,000 тонн энэ металлыг олж авсан! 1930 он гэхэд дэлхийн хөнгөн цагааны жилийн үйлдвэрлэл 300 мянган тоннд хүрчээ. Одоо жилд 15 сая гаруй тонн хөнгөн цагаан үйлдвэрлэдэг. Тусгай ваннд 960-970 хэмийн температурт хөнгөн цагааны уусмал (техникийн Al

2O3 ) хайлсан криолит Na-д 3 AlF 6 , нэг хэсэг нь ашигт малтмал хэлбэрээр олборлож, зарим талаараа тусгайлан нийлэгжүүлдэг. Шингэн хөнгөн цагаан нь ванны ёроолд (катод) хуримтлагдаж, хүчилтөрөгч нь нүүрстөрөгчийн анод дээр ялгарч, аажмаар шатдаг. Бага хүчдэлд (ойролцоогоор 4.5 В) электролизерууд асар их гүйдэл хэрэглэдэг -250 000 А хүртэл! Өдөрт нэг электролизер нэг тонн орчим хөнгөн цагаан үйлдвэрлэдэг. Үйлдвэрлэл нь их хэмжээний цахилгаан эрчим хүч шаарддаг: 1 тонн металл үйлдвэрлэхэд 15,000 киловатт-цаг цахилгаан зарцуулдаг. Ийм хэмжээний цахилгаан 150 айлын орон сууцны том барилгыг бүтэн сар зарцуулдаг. Агаар мандлын агаар нь дэгдэмхий фторын нэгдлээр бохирдсон тул хөнгөн цагааны үйлдвэрлэл нь байгаль орчинд аюултай.Хөнгөн цагааны хэрэглээ. Д.И.Менделеев хүртэл "Хөнгөн, хөнгөн, агаарт бага хэлбэлзэлтэй металл хөнгөн цагаан нь зарим бүтээгдэхүүнд маш тохиромжтой" гэж бичсэн байдаг. Хөнгөн цагаан бол хамгийн түгээмэл бөгөөд хамгийн хямд металлуудын нэг юм. Үүнгүйгээр орчин үеийн амьдралыг төсөөлөхөд хэцүү байдаг. Хөнгөн цагааныг 20-р зууны металл гэж нэрлэдэг нь гайхах зүйл биш юм. Энэ нь боловсруулахад сайнаар нөлөөлдөг: хуурамчаар үйлдэх, тамгалах, өнхрүүлэх, зурах, дарах. Цэвэр хөнгөн цагаан бол нэлээд зөөлөн металл юм; энэ нь цахилгааны утас, бүтцийн эд анги, хүнсний тугалган цаас, гал тогооны хэрэгсэл, "мөнгөн" будаг хийхэд хэрэглэгддэг. Энэхүү үзэсгэлэнтэй, хөнгөн металлыг барилга, нисэхийн технологид өргөн ашигладаг. Хөнгөн цагаан нь гэрлийг маш сайн тусгадаг. Тиймээс үүнийг толь үйлдвэрлэхэд ашигладаг - вакуум дахь металлын хуримтлалаар.

Нисэх онгоц, механик инженерчлэл, барилгын бүтэц үйлдвэрлэхэд илүү хатуу хөнгөн цагаан хайлшийг ашигладаг. Хамгийн алдартай нь зэс, магни бүхий хөнгөн цагааны хайлш юм (дуралюминий буюу зүгээр л "дуралюминий"; нэр нь Германы Дюрен хотоос гаралтай). Энэхүү хайлш нь хатуурсны дараа тусгай хатуулаг болж, цэвэр хөнгөн цагаанаас 7 дахин хүчтэй болдог. Үүний зэрэгцээ төмрөөс бараг гурав дахин хөнгөн байдаг. Зэс, магни, марганец, цахиур, төмрийг бага зэрэг нэмсэн хөнгөн цагааны хайлшаар гаргаж авдаг. Силуминууд өргөн тархсан - цахиуртай хөнгөн цагааны хайлшийг цутгах. Өндөр бат бэх, криоген (хүйтэн тэсвэртэй), халуунд тэсвэртэй хайлшийг бас үйлдвэрлэдэг. Хөнгөн цагааны хайлшаар хийсэн бүтээгдэхүүнд хамгаалалтын болон гоёл чимэглэлийн бүрээсийг хялбархан хэрэглэдэг. Хөнгөн цагааны хайлшийн хөнгөн, бат бөх чанар нь нисэхийн технологид онцгой ач холбогдолтой байв. Жишээлбэл, нисдэг тэрэгний сэнс нь хөнгөн цагаан, магни, цахиурын хайлшаар хийгдсэн байдаг. Харьцангуй хямд хөнгөн цагаан хүрэл (11% Al) өндөр механик шинж чанартай, далайн ус, тэр ч байтугай шингэрүүлсэн давсны хүчилд тогтвортой байдаг. ЗСБНХУ-д хөнгөн цагаан хүрэлээс 1926-1957 онд 1, 2, 3, 5 копейкийн үнэ бүхий зоос цутгаж байжээ.

Одоогийн байдлаар нийт хөнгөн цагааны дөрөвний нэгийг барилгын хэрэгцээнд ашиглаж байгаа бол ижил хэмжээний тээврийн хэрэгсэл, ойролцоогоор 17 хувийг сав баглаа боодлын материал, лаазанд, 10 хувийг цахилгаан инженерчлэлд зарцуулж байна.

Хөнгөн цагаан нь мөн олон шатамхай болон тэсрэх хольцыг агуулдаг. Тринитротолуолын хөнгөн цагаан нунтагтай цутгамал хольц болох Alumotol нь үйлдвэрлэлийн хамгийн хүчирхэг тэсрэх бодисуудын нэг юм. Аммональ нь аммонийн нитрат, тринитротолуол, хөнгөн цагаан нунтаг зэргээс бүрдсэн тэсрэх бодис юм. Шатаах найрлага нь хөнгөн цагаан, исэлдүүлэгч бодис - нитрат, перхлорат агуулдаг. "Звездочка" пиротехникийн найрлага нь мөн нунтаг хөнгөн цагааныг агуулдаг.

Хөнгөн цагааны нунтагыг металлын исэл (термит) -тэй хольж тодорхой металл, хайлшийг олж авах, төмөр замыг гагнах, шатаах суманд ашигладаг.

Хөнгөн цагаан нь пуужингийн түлш болгон практик хэрэглээг олсон. 1 кг хөнгөн цагааныг бүрэн шатаахад 1 кг керосинээс бараг дөрөв дахин бага хүчилтөрөгч шаардагдана. Үүнээс гадна хөнгөн цагааныг зөвхөн чөлөөт хүчилтөрөгчөөр исэлдүүлэхээс гадна ус эсвэл нүүрстөрөгчийн давхар ислийн нэг хэсэг болох холбогдсон хүчилтөрөгчөөр исэлдэж болно. Усан дахь хөнгөн цагааныг "шатаах" үед 1 кг бүтээгдэхүүн тутамд 8800 кЖ ялгардаг; Энэ нь металыг цэвэр хүчилтөрөгчөөр шатаахаас 1.8 дахин бага, харин агаарт шатаахаас 1.3 дахин их байна. Ийм түлшний исэлдүүлэгч бодис болох аюултай, үнэтэй нэгдлүүдийн оронд энгийн усыг ашиглаж болно гэсэн үг юм. Хөнгөн цагааныг ашиглах санаа

1924 онд дотоодын эрдэмтэн, зохион бүтээгч Ф.А.Зандер түлш болгон ашиглахыг санал болгосон. Түүний төлөвлөгөөний дагуу сансрын хөлгийн хөнгөн цагаан элементүүдийг нэмэлт түлш болгон ашиглаж болно. Энэхүү зоримог төсөл нь бодитоор хэрэгжээгүй байгаа боловч одоогоор мэдэгдэж байгаа хатуу пуужингийн түлшний ихэнх хэсэг нь нарийн хуваагдсан нунтаг хэлбэрээр хөнгөн цагаан металл агуулдаг. Түлшэнд 15% хөнгөн цагаан нэмэх нь шаталтын бүтээгдэхүүний температурыг мянган градусаар (2200-аас 3200 К хүртэл) нэмэгдүүлэх боломжтой; Хөдөлгүүрийн цоргоноос шаталтын бүтээгдэхүүний яндангийн хэмжээ мөн мэдэгдэхүйц нэмэгддэг - пуужингийн түлшний үр ашгийг тодорхойлдог эрчим хүчний гол үзүүлэлт. Үүнтэй холбоотойгоор зөвхөн лити, бериллий, магни нь хөнгөн цагаантай өрсөлдөх чадвартай боловч бүгд хөнгөн цагаанаас хамаагүй үнэтэй байдаг.

Хөнгөн цагааны нэгдлүүдийг мөн өргөнөөр ашигладаг. Хөнгөн цагааны исэл нь шаазан эдлэл үйлдвэрлэх түүхий эд болох галд тэсвэртэй, зүлгүүрийн материал юм. Үүнээс лазер материал, цагны холхивч, үнэт эдлэлийн чулуу (хиймэл бадмаараг) хийдэг. Кальцинжуулсан хөнгөн цагаан исэл нь хий, шингэнийг цэвэрлэх шингээгч, олон тооны органик урвалын катализатор юм. Усгүй хөнгөн цагаан хлорид нь органик синтезийн катализатор (Фридел-Крафтс урвал) бөгөөд өндөр цэвэршилттэй хөнгөн цагаан гаргаж авах эхлэлийн материал юм. Хөнгөн цагааны сульфатыг ус цэвэршүүлэхэд ашигладаг; түүнд агуулагдах кальцийн бикарбонаттай урвалд орох:

Al 2 (SO 4) 3 + 3Ca (HCO 3) 2 ® 2AlO(OH) + 3CaSO 4 + 6CO 2 + 2H 2O, энэ нь исэл-гидроксидын үйрмэгийг үүсгэдэг бөгөөд тэдгээр нь тунадасжих үед гадаргуу дээрх усан дахь түдгэлзүүлсэн хольц, тэр ч байтугай бичил биетнийг шингээж авдаг. Түүнчлэн хөнгөн цагааны сульфатыг даавууг будах, арьс идээлэх, мод хадгалах, цаасны хэмжээ тогтоох зэрэгт хэрэглэдэг. Кальцийн алюминат нь холбогч, түүний дотор портланд цементийн бүрэлдэхүүн хэсэг юм. Итриум хөнгөн цагаан анар (YAG) YAlO 3 - лазер материал. Хөнгөн цагаан нитрид нь цахилгаан зууханд зориулсан галд тэсвэртэй материал юм. Синтетик цеолитууд (тэдгээр нь алюминосиликатад хамаардаг) нь хроматограф, катализаторын шингээгч юм. Органик хөнгөн цагааны нэгдлүүд (жишээлбэл, триэтилалюминий) нь полимер, түүний дотор өндөр чанарын синтетик резинийг нийлэгжүүлэхэд ашигладаг Зиглер-Натта катализаторын бүрэлдэхүүн хэсэг юм.

Илья Линсон

Уран зохиол Тихонов В.Н. Хөнгөн цагааны аналитик хими. М., "Шинжлэх ухаан", 1971
Химийн элементүүдийн алдартай номын сан. М., "Шинжлэх ухаан", 1983
Craig N.C. Чарльз Мартин Холл ба түүний Металл. J.Chem.Educ . 1986, боть. 63, № 7
Кумар В., Милевски Л. Чарльз Мартин Холл ба хөнгөн цагааны агуу хувьсгал. Ж.Чem.Educ., 1987, боть. 64, дугаар 8