Wowstick.ru

Строительный журнал
11 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Реакция цемента с алюминием

Химические добавки для арболита: обзор, исследование эффективности, выводы

  • 1 Применение химических добавок для модификации цементного раствора арболита
  • 2 Самые эффективные методы модификации цементного раствора
    • 2.1 Хлористый кальций для арболита
    • 2.2 Сульфат алюминия (сернокислый глинозём)
    • 2.3 Жидкое стекло
  • 3 Другие комплексные химические добавки для арболита
  • 4 Исследование влияния химических компонентов на прочность арболита

При производстве арболита возникает главная задача: избавится от влияния вредных сахаров и других веществ, которые выделяет древесный заполнитель (щепа). Сахара негативно влияют на цемент, на его затвердевание, а соответственно на прочность изделия. Для этого в состав вводятся химические добавки для арболита, то есть выполняется модификация цементного раствора. Из всех методов по улучшению качества арболита именно добавление химического компонента на этапе замеса раствора является наиболее эффективным, позволяет нейтрализовать вредные вещества с наименьшими экономичными и трудовыми затратами.

Алюминий

Излагая тему «Алюминий», учитель должен иметь в виду общие учебно-воспитательные задачи, о которых было сказано в предыдущей главе: освоение учащимися электронно-ионной теории путем применения ее к изучению химии. К числу особых задач, которые нужно разрешить учителю при изложении данной темы, следует отнести и ознакомление учащихся с предохранением алюминия от коррозии.

Это обязывает учителя обратить особое внимание учащихся на свойства алюминия, знание которых помогает правильно использовать этот металл и уметь бережно обращаться с алюминиевыми изделиями.

Свойства алюминия. При рассмотрении физических свойств алюминия важно обратить внимание на малую плотность, пластичность и хорошую электропроводность, так как эти свойства открыли путь алюминию в современное транспортное машиностроение и электротехнику. Говоря о сплавах алюминия, нужно особо отметить замечательные свойства дюраля (дюралюминия), который при малой плотности обладает механическими свойствами стали.

Изучению химических свойств алюминия следует предпослать краткий разбор схемы строения его атома, как это делалось при изучении щелочноземельных металлов.

Сравнивая структуры атомов натрия, магния и алюминия, учитель отмечает увеличение заряда ядра и усиление прочности связи между валентными электронами и ядром у атомов в такой последовательности: натрий, магний, алюминий. Отсюда можно сделать выводы, что и химическая активность этих металлов должна убывать в таком же порядке. Справедливость этого теоретического вывода затем проверяется при разборе химических свойств алюминия.

Изучение соединения алюминия с кислородом усложняется тем, что окисная пленка, получающаяся на поверхности металла, обладает различной структурой в зависимости от условий ее образования. Если окись алюминия закрывает поверхность металла плотным слоем, то дальнейшее взаимодействие алюминия с кислородом задерживается, и металл кажется пассивным по отношению к кислороду. Чтобы показать окисление металла, не защищенного плотной окисной пленкой, можно проделать следующий опыт: пластинку алюминия погружают в чашечку с раствором соли ртути и снимают чем-либо острым и твердым поверхностный слой с металла. Затем пластинку вынимают из раствора, ополаскивают водой и оставляют на воздухе. Через несколько минут на поверхности пластинки появляется белая окись алюминия в виде щетины, а сама пластинка заметно разогревается. При объяснении этого опыта можно указать на следующие процессы: 1) вытеснение чистым алюминием ртути из раствора ее соли; 2) образование амальгамы ртути на поверхности алюминиевой пластинки; 3) окисление алюминия в амальгаме и образование рыхлой пленки.

Отмечая разогревание при этом опыте пластинки алюминия, учитель сообщает о том, что реакция окисления алюминия сильно экзотермична, что чистый алюминий может быть хорошим восстановителем железа, хрома, марганца и многих других металлов из их окислов. В подтверждение этого желательно показать опыт восстановления железа из окиси, пользуясь для этой цели термитом. Учитель сообщает, что эта реакция была открыта и применялась русским ученым Н. Н. Бекетовым (неправильно называлась реакцией Гольдшмидта). Для более полной химической характеристики алюминия можно напомнить учащимся о реакциях соединения этого металла с галогенами и показать опыт взаимодействия алюминия с йодом. С этой целью смешивают измельченный кристаллический йод с порошком алюминия, помещают смесь в ступку и добавляют 2-3 капли воды. Происходит бурная реакция с выделением фиолетовых паров йода и появлением пламени.

Затем следует рассмотреть взаимодействие алюминия с кислотой и с водой, т. е. реакции окисления алюминия ионами водорода. Для этого надо предложить учащимся подействовать на стружки алюминия (в пробирке) соляной кислотой и выделяющийся водород поджечь. При действии концентрированной азотной кислотой реакции не происходит. Пассивность алюминия в этом случае можно объяснить тем, что окисная пленка на поверхности алюминия не разрушается, так как концентрированная азотная кислота — сильный окислитель. Взаимодействие алюминия с водой можно показать учащимся таким образом: алюминиевые стружки (лучше нарезать их перед опытом) обрабатываются в пробирке сначала раствором едкого натра, а затем раствором соли ртути, после чего их опускают в пробирку с водой, закрывают пробкой с газоотводной трубкой и нагревают. Выделяющийся водород можно обнаружить по его горючести. На основании рассмотренных реакций у учащихся создается представление о химических свойствах алюминия. Затем можно перейти к изучению его соединений.

Читайте так же:
Песчано цементная как пишется

Соединения алюминия

Из соединений алюминия следует рассмотреть окись, гидроокись и некоторые соли, содержащие алюминий. Для изучения окиси алюминия желательно показать образцы природной окиси и искусственно полученной прокаливанием гидроокиси.

Рассматривая взаимодействие окиси и гидроокиси алюминия со щелочами, учащиеся знакомятся с образованием солей, в которых алюминий входит в состав аниона. Чтобы показать амфотерный характер гидроокиси алюминия, можно предложить учащимся следующее: получить небольшое количество гидроокиси алюминия, приливая разбавленный раствор едкого натра к раствору сульфата алюминия, опыт можно провести в пробирке. Затем слить с осадка раствор, а осадок разделить на две части. К одной части прилить кислоты до растворения осадка и записать уравнение нейтрализации кислоты гидроокисью алюминия. Ко второй порции гидроокиси алюминия прилить концентрированный раствор щелочи до растворения осадка и записать уравнение реакции.

При ознакомлении со свойствами солей алюминия желательно напомнить учащимся о гидролизе и рассмотреть: а) гидролиз алюминиевых солей сильных кислот; б) гидролиз алюминиевых солей слабых кислот. В качестве первого примера можно разобрать гидролиз хлорида алюминия. О реакции гидролиза судят по действию раствора этой соли на индикатор. Для демонстрации полного гидролиза алюминиевой соли слабой кислоты можно показать опыт взаимодействия раствора какой-либо соли алюминия с раствором соды или сероводородной воды. И в том и в другом случае получается гидроокись алюминия. В заключение следует ознакомить учащихся с составом двойных солей на примере алюминиевых квасцов.

Алюминий в природе. Применение алюминия. Пользуясь таблицей распространения химических элементов в природе, следует обратить внимание учащихся на то, что алюминий является самым распространенным металлом в земной коре. По данным академика А. Е. Ферсмана, известно около 250 видов минералов, содержащих алюминий. Из них следует назвать лишь немногие, наиболее распространенные, являющиеся основными минералами руды боксита: диаспор Al2О3·H2O и гидрагиллит Аl2O3·Н2O.

Связывая применение алюминия с его свойствами, учитель может назвать в качестве основного потребителя этого металла авиационную промышленность, для которой этот легкий металл, образующий прочные легкие сплавы, является основным материалом. Затем следует отметить возрастающее применение алюминия в электропромышленности. Чтобы показать выгодность замены медных проводов алюминиевыми, можно привести следующие расчеты: электропроводность алюминия составляет 0,6 электропроводности меди, а плотность почти в три раза меньше. При толщине проводов, обеспечивающих равную электропроводность, алюминиевые провода оказываются вдвое легче. Заслуживает внимания проникновение алюминия в быт: предметы кухонного обихода и даже мебель делаются из алюминиевых сплавов. Учащимся следует дать некоторые указания, как нужно пользоваться алюминиевой посудой и другими изделиями, чтобы предохранить их от коррозии. С этой целью нужно напомнить учащимся о химических свойствах алюминия, о месте его в электрохимическом ряду напряжений металлов и об амфотерности его окиси и гидроокиси. Обладая этими сведениями, учащиеся должны понять, почему нельзя варить варенье в алюминиевой кастрюле, почему нельзя ее мыть каустической содой. Можно также указать на применение смеси алюминия с окисью железа для сварки рельс (алюминотермия).

Из соединений алюминия учитель отмечает сульфат алюминия, применяющийся на водоочистительных станциях в качестве коагулянта для очистки мутной воды, и квасцы, которые используются в качестве протравы при крашении тканей.

Алюминий. Химия алюминия и его соединений

Бинарные соединения алюминия

Алюминий

Положение в периодической системе химических элементов

Алюминий расположен в главной подгруппе III группы (или в 13 группе в современной форме ПСХЭ) и в третьем периоде периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева.

Электронное строение алюминия и свойства

Электронная конфигурация алюминия в основном состоянии :

+13Al 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1 1s 2s 2p 3s 3p

Электронная конфигурация алюминия в возбужденном состоянии :

+13Al * 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 3p 2 1s 2s 2p 3s 3p

Алюминий проявляет парамагнитные свойства. Алюминий на воздухе быстро образует прочные оксидные плёнки, защищающие поверхность от дальнейшего взаимодействия, поэтому устойчив к коррозии.

Физические свойства

Алюминий – лёгкий металл серебристо-белого цвета, легко поддающийся формовке, литью, механической обработке. Обладает высокой тепло- и электропроводностью.

Температура плавления 660 о С, температура кипения 1450 о С, плотность алюминия 2,7 г/см 3 .

Алюминий — один из наиболее ценных цветных металлов для вторичной переработки. На протяжении последних лет, цена на лом алюминия в пунктах приема непреклонно растет. По ссылке можно узнать о том, как сдать лом алюминия.

Нахождение в природе

Алюминий — самый распространенный металл в природе, и 3-й по распространенности среди всех элементов (после кислорода и кремния). Содержание в земной коре — около 8%.

В природе алюминий встречается в виде соединений:

Бокситы Al2O3 · H2O (с примесями SiO2, Fe2O3, CaCO3) — гидрат оксида алюминия.

Корунд Al2O3. Красный корунд называют рубином, синий корунд называют сапфиром.

Читайте так же:
Установка для перевозки цемента

Способы получения

Алюминий образует прочную химическую связь с кислородом. Поэтому традиционные способы получения алюминия восстановлением из оксида протекают требуют больших затрат энергии. Для промышленного получения алюминия используют процесс Холла-Эру. Для понижения температуры плавления оксид алюминия растворяют в расплавленном криолите (при температуре 960-970 о С) Na3AlF6, а затем подвергают электролизу с углеродными электродами. При растворении в расплаве криолита оксид алюминия распадается на ионы:

На катоде происходит восстановление ионов алюминия:

Катод: Al 3+ +3e → Al 0

На аноде происходит окисление алюминат-ионов:

Суммарное уравнение электролиза расплава оксида алюминия:

Лабораторный способ получения алюминия заключается в восстановлении алюминия из безводного хлорида алюминия металлическим калием:

AlCl3 + 3K → Al + 3KCl

Качественные реакции

Качественная реакция на ионы алюминия — взаимодействие избытка солей алюминия с щелочами . При этом образуется белый аморфный осадок гидроксида алюминия.

Например , хлорид алюминия взаимодействует с гидроксидом натрия:

AlCl3 + 3NaOH → Al(OH)3 + 3NaCl

При дальнейшем добавлении щелочи амфотерный гидроксид алюминия растворяется с образованием тетрагидроксоалюмината:

Обратите внимание , если мы поместим соль алюминия в избыток раствора щелочи, то белый осадок гидроксида алюминия не образуется, т.к. в избытке щелочи соединения алюминия сразу переходят в комплекс:

AlCl3 + 4NaOH = Na[Al(OH)4] + 3NaCl

Соли алюминия можно обнаружить с помощью водного раствора аммиака. При взаимодействии растворимых солей алюминия с водным раствором аммиака также в ыпадает полупрозрачный студенистый осадок гидроксида алюминия.

AlCl3 + 3NH3·H2O = Al(OH)3 ↓ + 3NH4Cl

Al 3+ + 3NH3·H2O = Al(OH)3 ↓ + 3NH4 +

Видеоопыт взаимодействия раствора хлорида алюминия с раствором аммиака можно посмотреть здесь.

Химические свойства

1. Алюминий – сильный восстановитель . Поэтому он реагирует со многими неметаллами .

1.1. Алюминий реагируют с галогенами с образованием галогенидов:

1.2. Алюминий реагирует с серой с образованием сульфидов:

1.3. Алюминий реагируют с фосфором . При этом образуются бинарные соединения — фосфиды:

Al + P → AlP

1.4. С азотом алюминий реагирует при нагревании до 1000 о С с образованием нитрида:

2Al + N2 → 2AlN

1.5. Алюминий реагирует с углеродом с образованием карбида алюминия:

1.6. Алюминий взаимодействует с кислородом с образованием оксида:

Видеоопыт взаимодействия алюминия с кислородом воздуха (горение алюминия на воздухе) можно посмотреть здесь.

2. Алюминий взаимодействует со сложными веществами:

2.1. Реагирует ли алюминий с водой? Ответ на этот вопрос вы без труда найдете, если покопаетесь немного в своей памяти. Наверняка хотя бы раз в жизни вы встречались с алюминиевыми кастрюлями или алюминиевыми столовыми приборами. Такой вопрос я любил задавать студентам на экзаменах. Что самое удивительное, ответы я получал разные — у кого-то алюминий таки реагировал с водой. И очень, очень многие сдавались после вопроса: «Может быть, алюминий реагирует с водой при нагревании?» При нагревании алюминий реагировал с водой уже у половины респондентов))

Тем не менее, несложно понять, что алюминий все-таки с водой в обычных условиях (да и при нагревании) не взаимодействует. И мы уже упоминали, почему: из-за образования оксидной пленки . А вот если алюминий очистить от оксидной пленки (например, амальгамировать), то он будет взаимодействовать с водой очень активно с образованием гидроксида алюминия и водорода:

2Al 0 + 6 H2 + O → 2 Al +3 ( OH)3 + 3 H2 0

Амальгаму алюминия можно получить, выдержав кусочки алюминия в растворе хлорида ртути ( II ):

3HgCl2 + 2Al → 2AlCl3 + 3Hg

Видеоопыт взаимодействия амальгамы алюминия с водой можно посмотреть здесь.

2.2. Алюминий взаимодействуют с минеральными кислотами (с соляной, фосфорной и разбавленной серной кислотой). При этом образуются соль и водород.

Например , алюминий бурно реагирует с соляной кислотой :

2Al + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2

2.3. При обычных условиях алюминий не реагирует с концентрированной серной кислотой из-за пассивации – образования плотной оксидной пленки. При нагревании реакция идет, образуются оксид серы (IV), сульфат алюминия и вода:

2.4. Алюминий не реагирует с концентрированной азотной кислотой также из-за пассивации.

С разбавленной азотной кислотой алюминий реагирует с образованием молекулярного азота:

При взаимодействии алюминия в виде порошка с очень разбавленной азотной кислотой может образоваться нитрат аммония:

2.5. Алюминий – амфотерный металл, поэтому он взаимодействует с щелочами . При взаимодействии алюминия с раствором щелочи образуется тетрагидроксоалюминат и водород:

2Al + 2NaOH + 6H2O → 2Na[Al(OH)4] + 3H2

Видеоопыт взаимодействия алюминия со щелочью и водой можно посмотреть здесь.

Алюминий реагирует с расплавом щелочи с образованием алюмината и водорода:

2Al + 6NaOH → 2Na3AlO3 + 3H2

Эту же реакцию можно записать в другом виде (в ЕГЭ рекомендую записывать реакцию именно в таком виде):

2Al + 6NaOH → 2NaAlO2 + 3H2↑ + 2Na2O

2.6. Алюминий восстанавливает менее активные металлы из оксидов . Процесс восстановления металлов из оксидов называется алюмотермия .

Например , алюминий вытесняет медь из оксида меди (II). Реакция очень экзотермическая:

Читайте так же:
Вес метр кубического цементного раствора

2Al + 3CuO → 3Cu + Al2O3

Еще пример : алюминий восстанавливает железо из железной окалины, оксида железа (II, III):

Восстановительные свойства алюминия также проявляются при взаимодействии его с сильными окислителями: пероксидом натрия, нитратами и нитритами в щелочной среде, перманганатами, соединениями хрома (VI):

Коррозионная стойкость алюминия

Окись алюминия создает защитный слой, толщина которого составляет 20—100Å, который химически инертен. Чистый алюминий, с поверхностью, очищенной от защитной пленки, реагирует с водой, выделяя при этом водород и создавая оксидную пленку на поверхности. Таким образом, при контакте с окислителями, поверхность алюминия пассивируется. По сути, кислород, содержащийся в воздухе или растворенный в воде, повышает коррозионную стойкость алюминия, которая, в свою очередь, в значительной степени зависит от содержания примесей других металлов. Известно, что при контакте двух металлов, в среде электролита, образуется гальваническая пара, где анодом становится более активный металл, а катодом — менее активный. В результате электрохимической реакции происходит разрушение структуры анода. Большая часть примесей (железо, свинец, медь и т.д.) играют по отношению к алюминию роль катода, способствуя его разрушению. По этой причине чистый алюминий имеет более высокую стойкость к коррозии, чем технический, который, в свою очередь, более стоек к коррозии, чем сплавы алюминия с другими металлами. Так же стойкость алюминия к коррозии зависит от характеристик внешней среды и от реакций, вызываемых этой средой.

Рис.2. Механизм образования оксидной пленки на алюминии

Механическое покрытие

Как защитить алюминий от коррозии? Чаще всего применяют механический способ – нанесение слоя краски.

Покройте краской изделие и вы убедитесь в действенности этого способа. Окрашивание бывает мокрым и сухим, или порошковым. Эти технологии усовершенствуются. При мокром окрашивании лакокрасочные слои наносят после защиты алюминия составом, содержащим соединения цинка и стронция. Металлическую основу тщательно подготавливают: защищают, шлифуют, сушат. Грунт наносят поэтапно.

Когда растворитель из грунтовочной смеси полностью исчезнет, поверхность можно покрывать изолирующим составом: масляным или глифталиевым лаком.

Специальные составы помогают остановить коррозию и защищают алюминиевые конструкции от химикатов, бензина, различного вида масел. Выбор покрытия зависит от условий последующей эксплуатации металлического изделия:

  • молотковые – применяют для получения конструкций различных цветовых оттенков, используемых в декоре;
  • бакелитовые – наносят под высоким давлением, заполняя микротрещины и поры.

Порошковое окрашивание требует тщательной очистки поверхности от жира и различных отложений. Это достигается погружением в щелочные или кислотные растворы с добавлением смачивателей. Далее на алюминиевые конструкции наносится слой хроматных, фосфатных, циркониевых или титановых соединений. После этого он не будет окисляться.

После просушки материала на окислившийся участок наносят защитный полимер. Чаще всего используются полиэфиры, стойкие к механическому, химическому и термическому воздействию. Применяют полимеризованный уретан, эпоксидные и акриловые порошки.

Получение водорода из алюминия и водного раствора щелочи, реактор, простые эксперименты

Лабораторные работы — этакое таинство позволяющее прочувствовать полезность и практичность теории из учебников и тетрадок. Живые опыты производят изрядное впечатление, наглядно демонстрируя, как интересен и удивителен мир вокруг. Это хороший дополнительный фактор, чтобы заинтриговать наукой юных обормотов. К превеликому сожалению, современные школы все более манкируют натурными экспериментами при изучении естественных наук. Демонстрацию фото-видео, презентаций предпочитают возне с пробирками и настоящими реактивами. Это проще и дешевле для школы и преподавателя, однако и меньше вовлекает учеников. И если в школах больших городов еще существуют лаборатории при кабинетах физики и химии, то в школах сельских дела обстоят из рук вон плохо.

Поскольку спасение утопающих, дело сами-знаете-чьих рук, мы стараемся хоть иногда организовывать для своего ребенка интересные работы в разных областях. Чтобы если не привить любовь к исследованиям, то по крайней мере продемонстрировать. Эта работа была посвящена водороду — его простому получению и выяснению некоторых зрелищных особенностей. Заодно можно коснуться и истории (воздухоплавания — аппараты легче воздуха, Шарльеры).

Итак. Наиболее простым и безопасным способом получения Н2 можно признать сугубо химический — из водного раствора щелочи и алюминия. Реактивы просты и относительно безопасны, водорода выделяется много — даже нетерпеливый вьюнош соскучится не успеет. Попутно мы сделали небольшой настольный (напольный) реактор позволяющий получать достаточно газа и меньше заботиться о безопасности (опрокидывании).

Чтобы не было конфуза, первым делом попробовал сделать эксперимент самостоятельно. Взял несколько алюминиевых обрезков от работы с лампой и залил их раствором щелочи.

Чистой щелочи не нашлось, применил сухой (гранулы) очиститель для труб в состав которого она входит. Надо сказать, что не все химикаты подобного рода работают в нужном качестве, например «Крот» жидкий в бутылке с носиком уточкой, на алюминий никакого впечатления не произвел — в его состав кроме щелочи входит и ингибитор коррозии.

Мой первый эксперимент проходил ни шатко ни валко — реактивы брал на глазок, щелочи положил мало. Шарик на фото образовывался почти за двое суток. Для эксперимента №2 отмерил реактивы на весах, залил избытком воды (реакция экзотермическая, раствор разогревается), алюминий измельчил, применил катализатор — кальцинированную соду. Дело пошло существенно веселее, несколько литров газа получалось за минуты, однако, одноразовая 1.5 л ПЭТ бутылка оказалась не лучшим реактором — разогрев алюминиевой засыпки на дне деформировал и проплавил емкость, она стала протекать.

Читайте так же:
Известково цементный раствор для силикатного кирпича

Тогда было решено сделать реактор из имеющегося 2 л. порошкового огнетушителя в толстом пластиковом корпусе. Основательный корпус вселял надежду на прочность и относительную термостойкость, однако прибор узковысок и неустойчив. Гулять так гулять — мы его снабдили хорошим устойчивым подстаканником. К посильным работам привлекалась и жертва неуемной родительской педагогики.

Итак, что нам понадобилось для изготовления и опытов.

Б/у огнетушитель ОП-2, набор инструментов для столярных работ, ЛКМ, посуда, мелочи. Реактивы — алюминий, щелочь, вода, мыльный раствор.

Подстаканник.

В хороший солнечный денек подобрал подходящие обрезки сосновых досок, в основном попорченные древоточцами, не пригодные для других столярных или плотницких работ. Предварительно прострогал их, опилил в размер и прострогал еще разок до нужной толщины (12. 13 мм). При этом удачно удалились все внутренние паршивцы, портящие деревяшки вместе со своими следами ходами. Чудненько.

На пиле маятниковой (торцевой) обрезал заготовки в размер, опилил углы.

Из дефектов на деревяшках осталась большая дырка от выпавшего сухого сучка, ничего, сойдет за люк для контроля температуры (пальцем пробовать корпус реактора), опять же — вентиляция. Зашкуриванием занимался загрустивший от трудностей научной работы ребенок.

В дне подстаканника просверлил ряд отверстий, как в мыльнице, чтобы стекало, ежели чего прольется. Кроме того, дно подстаканника чуть приподнято. Для того же. Заготовки скрепил клеем (столярный ПВА) с некрупными гвоздиками.

Чтобы наш подстаканник не размокал и не пачкался грязными пальцами покрасили его в зеленый цвет засыхающими остатками эмали ПФ-115. Для работ снова был привлечен практикант, уже повеселевший — красить мы любим. Для покраски было выделено рабочее место в проветриваемом дровнике, выданы материалы, доведена техника безопасности. Деревяшки обмели и продули от пыли, для первого слоя краску слегка разбавили растворителем. Перед нанесением слоя второго, первый слегка зашкурили некрупной затертой наждачкой — чтобы удалить встопорщившиеся волокна древесины.

Крышка реактора.

Огнетушитель нам достался со сломанной верхней частью, но все что нужно для запирания емкости было в наличии. Большую накидную металлическую гайку удалось отвернуть, зажав ее в слесарных тисках. Внутри обнаружилась соломинка с раструбом на дне (для правильного забора рабочего тела — порошка) и небольшой баллончик для сжатого газа.

Баллончик удалось отвернуть не без труда (фиксатор или герметик на резьбе). Применили разводной ключ и тиски. Соломинку укоротили и привинтили навыворот — снаружи, получился удобный патрубок для наполнения шарика. Для присоединения нетолстого силиконового шланга сделали еще один патрубок, поменьше. Из оставшейся соломинки с раструбом получилась хорошая воронка для наполнения реактора химикатами.

Патрубок для шланга сделали из кусочка сменной ампулы шариковой ручки. Вклеили ее термоклеем. Действовали так: полностью залили отрезок толстого красного патрубка термоклеем с одной стороны, после его застывания залили и с другой. Чтобы расплавленный клей не выливался с обратной стороны, заткнули ее гладким металлическим (не прилипает клей) цилиндриком, подходящим по диаметру (гальванический элемент типоразмера ААА). Дали клею полностью остыть и отвердеть и просверлили сквозное отверстие. Получился этакий тройник.

Сборку пластиковых частей сделали с применением силиконового герметика, залили термоклеем и несколько ненужных отверстий в крышке. Осталась только загрузочная горловина с резьбовой пробкой.

Собственно опыты.

Первым делом, не худо будет напомнить (объяснить) ребенку что происходит внутри реактора и почему оттуда выходит газ — водород. Дескать, происходит химическая реакция между водой, щелочью и алюминием. Интересно, что алюминий, паче чаяний, метал очень активный (в электрохимическом ряду металлов стоит между магнием и цинком). Он вполне способен самостоятельно вступать в реакцию с водой, но на поверхности Аl очень быстро образуется прочная пленка окисла, предохраняющего металл. Щелочь удаляет оксидную пленку, происходит хим.реакция, выделяется водород.

2Al + 2KOH + 6H2O = 2 K[Al(OH)4] + 3H2↑

Мы решили сделать с водородом два простых опыта — наполнять им мыльные пузыри (взлетают вверх — видим что водород легче воздуха) и поджечь мыльную пену наполненную водородом (продемонстрировать горючесть). В обоих случаях нужны мыльные пузыри.

Их мы сделали из непижонского шампуня немного разбавив его водой и добавив капельку глицерина для прочности. Попробовали что получилось, кстати пришлась и соломинка от огнетушителя.

Ничего, все работает, можно приступать.

К толстому патрубку реактора прикрепили ресивер — воздушный шарик. Засыпали алюминиевые гранулы, залили щелочь. Реактивы остались от предыдущих опытов, несколько изношенные, но работали.

Читайте так же:
Цемент для изготовления столешниц

Реактор не следует заливать под пробку, около 5 см лучше оставить пустыми иначе в наружу лезет щелочная пена.

Водород — самый легкий из газов, весит он в 14.5 раз легче воздуха. Мыльный пузырь наполняемый водородом, дивным образом взлетает вверх.

Опыт следует проводить в закрытом помещении без сквозняков, вдали от открытого пламени. Некоторое время нужно дать реактору поработать «на помещение» или выпустить на улице первую порцию накопленного газа — водород здесь с примесью воздуха. Иногда на конце соломинки (шланга) скапливается избыток мыльной жидкости, при надувании пузыря она висит капелькой на его дне как корзина аэростата и мешает взлету — после макания в мыльный раствор конец шланга лучше слегка стряхнуть. Следует помнить и о влажности полученного водорода — вместе с газом из реактора увлекается и щелочная взвесь (лопающиеся на поверхности пузырьки водорода) и испаряется вода (реакция экзотермична — раствор щелочи разогревается). Однако легкости даже влажного водорода вполне хватает для всплывания мыльных пузырей. Можно попробовать несколько осушить его, пропуская через простые фильтры.

При надувании пузырей из тонкого шланга, довольно было и тока водорода образующегося при реакции. Регулировали мы его пережимая мягкий шланг в удобном месте. Для выдувания пузырей поосновательней, применили всю ту же соломинку сделав к ней переходник. Водород в этом случае приходилось накапливать в ресивере.

Алюминий

Алюминий является самым распространенным металлом в земной коре. Свойства алюминия позволяют активно применять в составе металлоконструкций: он легкий, мягкий, поддается штамповке, обладает высокой антикоррозийной устойчивостью.

Для алюминия характерна высокая химическая активность, отличается также высокой электро- и теплопроводностью.

Основное и возбужденное состояние

При переходе атома алюминия в возбужденное состояние 2 электрона s-подуровня распариваются, и один электрон переходит на p-подуровень.

Природные соединения

В природе алюминий встречается в виде минералов:

  • Al2O3 — корунд
  • 3BeO*Al2O3*6SiO2 — берилл (аквамарин — примесь Fe и изумруд — примесь Cr2O3)
  • Al2O3*Cr2O3 — красный рубин
  • Al2O3 с примесью Fe +2 /Fe +3 /Ti
  • Al2O3*H2O — боксит

Получение

Алюминий получают путем электролиза расплава Al2O3 в криолите (Na3[AlF6]). Галлий, индий и таллий получают схожим образом — методом электролиза их оксидов и солей.

Химические свойства
  • Реакции с неметаллами

При комнатной температуре реагирует с галогенами (кроме фтора) и кислородом, покрываясь при этом оксидной пленкой.

Al + Br2 → AlBr3 (бромид алюминия)

При нагревании алюминий вступает в реакции с фтором, серой, азотом и углеродом.

Al + F2 → (t) AlF3 (фторид алюминия)

Al + S → (t) Al2S3 (сульфид алюминия)

Al + N2 → (t) AlN (нитрид алюминия)

Al + C → (t) Al4C3 (карбид алюминия)

Алюминий проявляет амфотерные свойства (греч. ἀμφότεροι — двойственный), вступает в реакции как с кислотами, так и с основаниями.

Al + NaOH + H2O → Na[Al(OH)4] + H2↑ (тетрагидроксоалюминат натрия; поскольку алюминий дан в чистом виде — выделяется водород)

При прокаливании комплексные соли не образуются, так вода испаряется — вместо них образуются (в рамках ЕГЭ) средние соли — алюминаты (академически — сложные окиселы):

Реакция с водой

При комнатной температуре не идет из-за образования оксидной пленки — Al2O3 — на воздухе. Если разрушить оксидную пленку нагреванием раствора щелочи или амальгамированием (покрытием металла слоем ртути) — реакция идет.

Алюминотермия (лат. Aluminium + греч. therme — тепло) — способ получения металлов и неметаллов, заключающийся в восстановлении их оксидов алюминием. Температуры при этом процессе могут достигать 2400°C.

С помощью алюминотермии получают Fe, Cr, Mn, Ca, Ti, V, W.

Оксид алюминия

Оксид алюминия получают в ходе взаимодействия с кислородом — на воздухе алюминий покрывается оксидной пленкой. При нагревании гидроксид алюминия, как нерастворимое основание, легко разлагается на оксид и воду.

Проявляет амфотерные свойства: реагирует и с кислотами, и с основаниями.

Al2O3 + NaOH + H2O → Na[Al(OH)4] (тетрагидроксоалюминат натрия)

Гидроксид алюминия

Гидроксид алюминия получают в ходе реакций обмена между растворимыми солями алюминия и щелочами. В результате гидролиза солей алюминия часто выпадает белый осадок — гидроксид алюминия.

Проявляет амфотерные свойства. Реагирует и с кислотами, и с основаниями. Вследствие нерастворимости гидроксид алюминия не реагирует с солями.

Al(OH)3 + LiOH → Li[Al(OH)4] (при избытке щелочи будет верным написание — Li3[Al(OH)6] — гексагидроксоалюминат лития)

© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2021

Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector