Aluminiu
Raspandire in natura: Al este cel mai raspandit metal in natura; el alcatuieste 7,4% din scoarta pamantului. Al nu exista in stare nativa. Dintre mineralele mai importante sunt: micele, feldspatii respectiv si produsele de alterare ale acestora: caolinul si argila, corindonul si varietatile lui, bauxita apoi criobitul.
Preparare: Fabricarea Al comporta doua etape: a) fabricarea oxidului de Al
b) obtinerea Al din alumina
a) Al , mai ales acela destinat constructiilor de avioane nu trebuie sa contina nici fier nici siliciu. De aceea cand bauxitele contin cantitati mai mari de fier si de siliciu, ele trebuie supuse unor tratamente prealabile de purificare.
Procedeul Bayer este unul dintre cele mai raspandite procedee pentru fabricarea aluminei din bauxite sarace in fier si siliciu. In acest procedeu, bauxita, in prealabil calcinata si macinata, este tratata cu hidroxid de sodiu, in autoclave, la 4 - 6 at si 160 - 180 C. Oxidul de Al din bauxita trece in solutie sub forma de aluminat de sodiu Na[Al(OH) ]. Amestecul se filtreaza, separandu-se solutia de aluminat de sodiu de hidroxizii de fier si de combinatiile siliciului cu aluminatul de sodiu.
In solutia cu aluminat de sodiu se introduce fie un curent de bioxid di carbon, cand precipita hidroxidul de Al.
2Na[Al(OH) ] + CO = 2Al(OH) + Na CO + H O
fie cantitati mici de Al(OH) care amorseaza desc aluminatului avand rol de germen de cristalizare pentru separarea hidroxidului de Al:
Na[Al(OH) ] = Al(OH) + NaOH
Hidroxidul de Aluminiu obtinut se calcineaza in cuptoare rotative la 1200 C cand trece in oxid de Al:
2Al(OH) = Al O + 3H O
Noroaiele rosii ramase de la separarea hidroxidului de Al contin in afara de oxizi de fier si siliciu, oxid de titan si oxid de vanadiu, a caror extragere este o problema luata in cercetare.
Un continut mai mare de siliciu in bauxita este daunator, deoarece siliciul trece in Al O , de unde poate patrunde in Al metalic.
b) Oxidul de aluminiu nu poate fi redus cu carbune deoarece s-ar forma carbura de aluminiu, Al C . Cum insa alumina are un punct de topire foarte ridicat(2050 C) in topitura se adauga drept fondant criolit, care scade temperatura de topire la 980 C. Se lucreaza la intensitati de curent de peste 50000A.
Celula electrolitica este formata dintr-o cuva de otel captusita cu blocuri de grafit suspendati in topitura. Prin trecerea curentului electric, Al se aduna in jurul catodului la fundul celulei, de unde este scos periodic, iar O este pus in libertate la anod, unde se uneste cu carbonul electrodului formand oxizi de carbon. Anodul fiind consumat, trebuie inlocuit din timp in timp.
Al obtinut este impur si trebuie rafinat. Pentru obtinerea aluminiu foarte pur, cu 99,90 - 99,99% Al se foloseste rafinarea electrolitica.
Proprietati fizice: Aluminiu este un metal alb - argintiu, care cristalizeaza in sistemul cubic cu fete centrate. Este un metal usor mai putin dur decat cuprul. Aluminiu este un foarte bun conducator de caldura si electricitate. Conductibilitatea electrica si cea termica sunt aproximativ pe jumatate cat la cupru. Aluminiu este foarte plastic; poate fi laminat, batut in foi foarte subtiri sau transformat in sarma fina.
Proprietati chimice: Aluminiul este un element activ din punct de vedere chimic. Desi are caracter puternic electropozitiv la temperatura obisnuita aluminiul pur devine stabil in aer, deoarece este aparat de pelicula subtire de oxid de aluminiu format la suprafata lui. Tot asa de stabil este fatade apa. Formarea peliculei de oxid de aluminiu care protejeaza metalele de actiunea aerului si umezelii poate fi impiedicata prin analgamarea suprafetei aluminiului.
De aceea, o bucata de tabla de aluminiu analgamata prin frecarea suprafetei cu o solutie concentrata de clorura mercurica sau pulbere de oxid de mercur sau direct cu mercur, expusa la aer, se acopera cu eflorescente albe datorita formarii hidroxidului de aluminiu.
Incalzit pana la 700 C, aluminiu in pulbere arde arde in aer cu lumina stralucitoare, formand oxid de aluminiu.
4Al + 3O = 2Al O
Cantitatea de caldura degajata in aceasta reactie este apreciabila.
Din cauza afinitatii mari a Aluminiului pentru O, el il scoate din oxizii metalici mai putin activi. De exemplu, daca un amestec format din pulbere de aluminiu si oxid de fier este aprins este aprins datorita reactiei care are loc:
2Al + Fe O = Al O + 2Fe
este extrem de energica iar caldura degajata ridica temperatura produselor pana la peste 2000 C. La aceasta temperatura fierul se topeste iar oxidul de aluminiu se ridica la suprafata. Reactia sta la baza procedeului aluminotermaplicat la extragerea unor metale din oxizii lor cum si pentru obtinerea temperaturii inalte necesare sudurii fierului.
Aluminiul reactioneaza cu clorul si bromul la temperaturi obisnuite, iar cu iodul la incalzire.Cu azotul si carbonul se combina la temperaturi foarte ridicate. Cu acizii minerali reactioneaza la caldura, formand sarurile respective. Aluminiul reactioneaza energic cu hidroxizii alcalini, se formeaza un hidroxo aluminat si se dezvolta hidrogenul. Reactia se desfasoara in doua etape. In prima, pelicula de oxid de aluminiu fiind indepartata de solutia de hidroxid alcalin, al metalelor reactioneaza cu apa; rezulta hidroxidul de aluminiu care in etapa a doua cu hidroxidul alcalin formeaza hidroxoaluminati de exemplu:
2Al + 2H O = 2Al(OH) + 3H
Al(OH) + NaOH = Na[Al(OH)
