Jenis api apa yang digunakan untuk membakar logam? Kimia untuk yang penasaran

MARI LIHAT DI BALIK LAYAR

Untuk merumuskan hukum proses yang sedang berlangsung, kita dapat membatasi diri untuk mempertimbangkan kation dan mengecualikan anion, karena anion sendiri tidak ikut serta dalam reaksi. (Namun, laju pengendapan dipengaruhi oleh jenis anion.) Jika, untuk menyederhanakan, kita berasumsi bahwa logam yang dilepaskan dan logam terlarut adalah divalen, maka kita dapat menulis:

Saya 1 + Saya 2 2+ => Saya 1 2+ + Saya 2

Apalagi untuk percobaan pertama Me 1 = Fe, Me 2 = Cu. Jadi, prosesnya terdiri dari pertukaran muatan (elektron) antara atom dan ion kedua logam. Jika kita mempertimbangkan secara terpisah (sebagai reaksi antara) pelarutan besi atau pengendapan tembaga, kita memperoleh:

Fe => Fe 2+ + 2е -
Cu 2+ + 2е - => Cu

Sekarang perhatikan kasus ketika logam direndam dalam air atau larutan garam, dengan kation yang pertukarannya tidak mungkin dilakukan karena posisinya dalam deret tegangan. Meskipun demikian, logam cenderung masuk ke dalam larutan dalam bentuk ion. Dalam hal ini, atom logam melepaskan dua elektron (jika logamnya divalen), permukaan logam yang direndam dalam larutan menjadi bermuatan negatif relatif terhadap larutan, dan lapisan listrik ganda terbentuk pada antarmuka. Perbedaan potensial ini mencegah pelarutan logam lebih lanjut, sehingga prosesnya segera terhenti. Jika dua logam berbeda dicelupkan ke dalam suatu larutan, keduanya akan bermuatan, tetapi logam yang kurang aktif akan memiliki muatan yang lebih lemah, karena fakta bahwa atom-atomnya tidak mudah kehilangan elektron. Mari kita hubungkan kedua logam dengan konduktor. Karena adanya beda potensial, aliran elektron akan mengalir dari logam yang lebih aktif ke logam yang kurang aktif, sehingga membentuk kutub positif unsur tersebut. Suatu proses terjadi dimana logam yang lebih aktif masuk ke dalam larutan, dan kation dari larutan dilepaskan pada logam yang lebih mulia.

Inti dari sel galvanik

Sekarang mari kita ilustrasikan dengan beberapa eksperimen alasan agak abstrak yang diberikan di atas (yang, lebih jauh lagi, merupakan penyederhanaan besar).

Pertama, isi gelas kimia 250 ml sampai tengahnya dengan larutan asam sulfat 10% dan rendam potongan seng dan tembaga yang tidak terlalu kecil di dalamnya. Kami menyolder atau memakukan kawat tembaga ke kedua elektroda, yang ujungnya tidak boleh menyentuh larutan.

Selama ujung-ujung kawat tidak saling terhubung, kita akan mengamati pelarutan seng yang disertai dengan pelepasan hidrogen. Seng, sebagai berikut dari rangkaian tegangan, lebih aktif daripada hidrogen, sehingga logam dapat menggantikan hidrogen dari keadaan ionik. Lapisan ganda listrik terbentuk pada kedua logam. Cara termudah untuk mendeteksi beda potensial antar elektroda adalah dengan voltmeter. Segera setelah menghubungkan perangkat ke sirkuit, panah akan menunjukkan sekitar 1 V, tetapi tegangan akan turun dengan cepat. Jika Anda menyambungkan bola lampu kecil yang mengonsumsi 1 V ke elemen, bola lampu tersebut akan menyala - mula-mula cukup kuat, dan kemudian cahayanya akan menjadi lemah.

Berdasarkan polaritas terminal perangkat, kita dapat menyimpulkan bahwa elektroda tembaga adalah kutub positif. Hal ini dapat dibuktikan tanpa alat dengan mempertimbangkan proses elektrokimia. Mari kita siapkan larutan garam meja jenuh dalam gelas kimia kecil atau tabung reaksi, tambahkan sekitar 0,5 ml larutan alkohol indikator fenolftalein dan rendam kedua elektroda yang ditutup dengan kawat ke dalam larutan. Warna kemerahan samar akan terlihat di dekat kutub negatif, yang disebabkan oleh pembentukan natrium hidroksida di katoda.

Dalam percobaan lain, seseorang dapat menempatkan berbagai pasangan logam dalam sebuah sel dan menentukan tegangan yang dihasilkan. Misalnya, magnesium dan perak akan memberikan beda potensial yang sangat besar karena jarak yang jauh antara keduanya dan rangkaian tegangan, sedangkan seng dan besi, sebaliknya, akan menghasilkan beda potensial yang sangat kecil, kurang dari sepersepuluh volt. Dengan menggunakan aluminium, kita tidak akan menerima arus apa pun karena pasif.

Semua elemen ini, atau, seperti yang dikatakan ahli elektrokimia, rangkaian, memiliki kelemahan yaitu ketika mengukur arus, tegangan yang melintasinya turun dengan sangat cepat. Oleh karena itu, ahli elektrokimia selalu mengukur nilai sebenarnya dari tegangan dalam keadaan tidak berenergi menggunakan metode ini kompensasi tegangan, yaitu membandingkannya dengan tegangan sumber arus lain.

Mari kita perhatikan proses pada elemen tembaga-seng secara lebih rinci. Di katoda, seng masuk ke dalam larutan menurut persamaan berikut:

Zn => Zn 2+ + 2е -

Ion hidrogen dari asam sulfat dilepaskan di anoda tembaga. Mereka mengikat elektron yang datang melalui kawat dari katoda seng dan sebagai hasilnya, gelembung hidrogen terbentuk:

2Н + + 2е - => Н 2

Setelah beberapa saat, tembaga akan tertutup lapisan tipis gelembung hidrogen. Dalam hal ini, elektroda tembaga akan berubah menjadi elektroda hidrogen, dan beda potensial akan berkurang. Proses ini disebut polarisasi elektroda. Polarisasi elektroda tembaga dapat dihilangkan dengan menambahkan sedikit larutan kalium dikromat ke dalam sel setelah tegangan turun. Setelah itu, tegangan akan meningkat lagi, karena kalium dikromat akan mengoksidasi hidrogen menjadi air. Kalium dikromat bertindak dalam hal ini sebagai depolarisasi

Dalam praktiknya, digunakan rangkaian galvanik yang elektrodanya tidak terpolarisasi, atau rangkaian yang polarisasinya dapat dihilangkan dengan menambahkan depolarisasi.

Sebagai contoh unsur yang tidak dapat terpolarisasi, perhatikan unsur Daniel, yang dulu sering digunakan sebagai sumber arus. Ini juga merupakan unsur tembaga-seng, tetapi kedua logam tersebut direndam dalam larutan yang berbeda. Elektroda seng ditempatkan dalam sel tanah liat berpori yang diisi dengan asam sulfat encer (sekitar 20%). Sel tanah liat disuspensikan dalam gelas besar yang berisi larutan tembaga sulfat pekat, dan di bagian bawahnya terdapat lapisan kristal tembaga sulfat. Elektroda kedua pada bejana ini adalah silinder yang terbuat dari lembaran tembaga.

Elemen ini dapat dibuat dari toples kaca, sel tanah liat yang tersedia secara komersial (dalam kasus ekstrim, kami menggunakan pot bunga, menutup lubang di bagian bawah) dan dua elektroda dengan ukuran yang sesuai.

Selama pengoperasian sel, seng larut membentuk seng sulfat, dan logam tembaga dilepaskan pada elektroda tembaga. Tetapi pada saat yang sama, elektroda tembaga tidak terpolarisasi dan elemen menghasilkan tegangan sekitar 1 V. Sebenarnya, secara teoritis, tegangan pada terminal adalah 1,10 V, tetapi ketika mengumpulkan arus, kami mengukur nilai yang sedikit lebih kecil, karena hambatan listrik sel.

Jika kita tidak menghilangkan arus dari elemen, kita perlu melepaskan elektroda seng dari larutan asam sulfat, karena jika tidak maka akan larut membentuk hidrogen.

Diagram sel sederhana yang tidak memerlukan partisi berpori ditunjukkan pada gambar. Elektroda seng terletak di toples kaca di bagian atas, dan tembaga - di dekat bagian bawah. Seluruh sel diisi dengan larutan garam meja jenuh. Tempatkan segenggam kristal tembaga sulfat di dasar stoples. Larutan tembaga sulfat pekat yang dihasilkan akan bercampur dengan larutan garam meja dengan sangat lambat. Oleh karena itu, pada saat sel beroperasi, tembaga akan terlepas pada elektroda tembaga, dan seng akan larut dalam bentuk sulfat atau klorida di bagian atas sel.

Saat ini mereka digunakan hampir secara eksklusif untuk baterai. elemen kering, mana yang lebih nyaman digunakan. Nenek moyang mereka adalah elemen Leclanche. Elektrodanya adalah silinder seng dan batang karbon. Elektrolit adalah pasta yang sebagian besar terdiri dari amonium klorida. Seng larut dalam pasta, dan hidrogen dilepaskan pada batubara. Untuk menghindari polarisasi, batang karbon dicelupkan ke dalam kantong linen yang berisi campuran bubuk batubara dan pirolusit. Serbuk karbon meningkatkan permukaan elektroda, dan pirolusit bertindak sebagai depolarisasi, mengoksidasi hidrogen secara perlahan. Benar, kemampuan depolarisasi pirolusit lebih lemah dibandingkan dengan kalium bikromat yang disebutkan sebelumnya. Oleh karena itu, ketika arus masuk ke elemen kering, tegangan dengan cepat turun, mereka “lelah” karena polarisasi. Hanya setelah beberapa waktu oksidasi hidrogen terjadi dengan pirolusit. Jadi, elemen “beristirahat” jika tidak ada arus yang dialirkan selama beberapa waktu. Mari kita periksa ini pada baterai senter yang kita sambungkan dengan bola lampu. Kami menghubungkan voltmeter secara paralel dengan lampu, yaitu langsung ke terminal. Pada awalnya, tegangannya akan menjadi sekitar 4,5 V. (Paling sering, baterai tersebut memiliki tiga sel yang dihubungkan secara seri, masing-masing dengan tegangan teoritis 1,48 V.) Setelah beberapa waktu, tegangan akan turun dan cahaya bola lampu akan menyala. melemahkan. Berdasarkan pembacaan voltmeter, kita dapat menilai berapa lama baterai perlu diistirahatkan.

Tempat spesial ditempati oleh sel-sel yang beregenerasi yang disebut baterai. Mereka mengalami reaksi reversibel dan dapat diisi ulang setelah sel habis dengan menghubungkan ke sumber DC eksternal.

Saat ini, baterai timbal-asam adalah yang paling umum; Elektrolit di dalamnya adalah asam sulfat encer, yang di dalamnya dua pelat timbal dibenamkan. Elektroda positif dilapisi dengan timbal peroksida PbO 2 ( nama modern- timbal dioksida), negatif melambangkan timbal logam. Tegangan pada terminal kira-kira 2,1 V. Saat pemakaian, timbal sulfat terbentuk di kedua pelat, yang kembali berubah menjadi timbal logam dan timbal peroksida saat pengisian.

unsur kimia golongan III tabel periodik, nomor atom 13, massa atom relatif 26,98. Di alam, ia hanya diwakili oleh satu nuklida stabil 27 Al. Sejumlah isotop radioaktif aluminium telah diperoleh secara artifisial, dan yang paling lama berumur panjang 26 Al memiliki waktu paruh 720 ribu tahun. Aluminium di alam. Ada banyak aluminium di kerak bumi: 8,6% berat. Ia menempati urutan pertama di antara semua logam dan ketiga di antara unsur-unsur lainnya (setelah oksigen dan silikon). Jumlah aluminium dua kali lebih banyak dari besi, dan 350 kali lebih banyak dari gabungan tembaga, seng, kromium, timah, dan timbal! Seperti yang dia tulis lebih dari 100 tahun yang lalu dalam buku teks klasiknya Dasar-dasar Kimia D.I.Mendeleev, dari semua logam, “aluminium adalah yang paling umum di alam; Cukup dengan menunjukkan bahwa aluminium merupakan bagian dari tanah liat untuk memperjelas distribusi universal aluminium di kerak bumi. Aluminium, atau logam tawas (alumen), disebut juga tanah liat karena terdapat di dalam tanah liat.”

Mineral aluminium terpenting adalah bauksit, campuran oksida utama AlO(OH) dan hidroksida Al(OH)

3 . Deposito terbesar bauksit ditemukan di Australia, Brazil, Guinea dan Jamaika; produksi industri juga dilakukan di negara lain. Alunite (batu tawas) juga kaya akan aluminium (Na,K) 2 SO 4 Al 2 (SO 4) 3 4Al(OH) 3, nefelin (Na,K) 2 O Al 2 O 3 2SiO 2 . Secara total, diketahui lebih dari 250 mineral yang mengandung aluminium; kebanyakan dari mereka adalah aluminosilikat, yang sebagian besar membentuk kerak bumi. Ketika pelapukan terjadi, tanah liat terbentuk, yang dasarnya adalah mineral kaolinit Al 2 O 3 2SiO 2 2H 2 O. Kotoran besi biasanya membuat tanah liat berwarna coklat, tetapi ada juga tanah liat putih dan kaolin yang digunakan untuk membuat porselen dan gerabah. Lihat juga KOTAK.

Kadang-kadang, ditemukan mineral korundum kristal Al oksida yang sangat keras (kedua setelah intan).

2 HAI 3 , sering kali diwarnai oleh kotoran di dalamnya warna yang berbeda. Variasi birunya (campuran titanium dan besi) disebut safir, yang merah (campuran kromium) disebut rubi. Berbagai kotoran juga dapat mewarnai apa yang disebut korundum mulia dengan warna hijau, kuning, oranye, ungu dan warna serta corak lainnya.

Sampai saat ini, diyakini bahwa aluminium, sebagai logam yang sangat aktif, tidak dapat terdapat di alam dalam keadaan bebas, tetapi pada tahun 1978 di batuan Platform Siberia aluminium asli ditemukan dalam bentuk kristal seperti benang yang panjangnya hanya 0,5 mm (dengan ketebalan benang beberapa mikrometer). Aluminium asli juga ditemukan di tanah bulan yang dibawa ke Bumi dari wilayah Lautan Krisis dan Kelimpahan. Logam aluminium diyakini dapat dibentuk melalui kondensasi dari gas. Diketahui bahwa ketika aluminium halida dipanaskan - klorida, bromida, fluorida - mereka dapat menguap dengan lebih mudah atau lebih mudah (misalnya, AlCl

3 sudah menyublim pada suhu 180° C). Dengan peningkatan suhu yang kuat, aluminium halida terurai, berubah menjadi keadaan dengan valensi logam yang lebih rendah, misalnya AlCl. Ketika senyawa tersebut mengembun dengan penurunan suhu dan kekurangan oksigen, reaksi disproporsionasi terjadi pada fase padat: beberapa atom aluminium teroksidasi dan masuk ke keadaan trivalen biasa, dan beberapa tereduksi. Aluminium monivalen hanya dapat direduksi menjadi logam: 3AlCl® 2Al + AlCl 3 . Asumsi ini juga didukung oleh bentuk kristal aluminium asli yang seperti benang. Biasanya, kristal dengan struktur ini terbentuk karena pertumbuhan yang cepat dari fase gas. Nugget aluminium mikroskopis di tanah bulan kemungkinan besar terbentuk dengan cara yang sama.

Nama aluminium berasal dari bahasa latin alumen (genus aluminis). Ini adalah nama tawas, kalium-aluminium sulfat ganda KAl(SO

4) 2 12H 2 O) , yang digunakan sebagai mordan saat mewarnai kain. nama latin, mungkin berasal dari bahasa Yunani “halme” air garam, air asin. Anehnya, di Inggris aluminium adalah aluminium, dan di AS adalah aluminium.

Banyak buku populer tentang kimia memuat legenda bahwa seorang penemu tertentu, yang namanya tidak tercatat dalam sejarah, membawakan kepada Kaisar Tiberius, yang memerintah Roma pada tahun 1427 M, sebuah mangkuk yang terbuat dari logam menyerupai warna perak, tetapi lebih ringan. Hadiah ini membuat sang master kehilangan nyawanya: Tiberius memerintahkan eksekusinya dan penghancuran bengkel tersebut, karena dia takut logam baru tersebut dapat menurunkan nilai perak dalam perbendaharaan kekaisaran.

Legenda ini didasarkan pada cerita oleh Pliny the Elder, seorang penulis dan sarjana Romawi, penulis Sejarah alam ensiklopedia ilmu pengetahuan alam zaman dahulu kala. Menurut Pliny, logam baru tersebut diperoleh dari "tanah liat". Tapi tanah liat memang mengandung aluminium.

Penulis modern hampir selalu menyatakan bahwa keseluruhan cerita ini tidak lebih dari dongeng yang indah. Dan ini tidak mengherankan: aluminium dalam batuan terikat sangat erat dengan oksigen, dan banyak energi yang harus dikeluarkan untuk melepaskannya. Namun, di Akhir-akhir ini Data baru telah muncul tentang kemungkinan mendasar memperoleh logam aluminium di zaman kuno. Analisis spektral menunjukkan dekorasi pada makam komandan Tiongkok Zhou-Zhu, yang meninggal pada awal abad ke-3. IKLAN, terbuat dari paduan yang terdiri dari 85% aluminium. Mungkinkah orang zaman dahulu memperoleh aluminium gratis? Semua metode yang dikenal (elektrolisis, reduksi dengan logam natrium atau kalium) secara otomatis dihilangkan. Mungkinkah aluminium asli ditemukan pada zaman dahulu, seperti misalnya bongkahan emas, perak, dan tembaga? Hal ini juga dikecualikan: aluminium asli merupakan mineral langka yang ditemukan dalam jumlah kecil, sehingga pengrajin zaman dahulu tidak dapat menemukan dan mengumpulkan nugget tersebut dalam jumlah yang dibutuhkan.

Namun, ada kemungkinan penjelasan lain untuk cerita Pliny. Aluminium dapat diperoleh kembali dari bijih tidak hanya dengan bantuan listrik dan logam alkali. Ada zat pereduksi yang tersedia dan banyak digunakan sejak zaman kuno - batu bara, yang dengannya oksida banyak logam direduksi menjadi logam bebas ketika dipanaskan. Pada akhir tahun 1970-an, ahli kimia Jerman memutuskan untuk menguji apakah aluminium dapat diproduksi pada zaman kuno melalui reduksi dengan batu bara. Mereka memanaskan campuran tanah liat dengan bubuk batu bara dan garam meja atau kalium (kalium karbonat) dalam wadah tanah liat hingga panas merah. Garam diperoleh dari air laut, dan kalium dari abu tanaman, untuk menggunakan hanya bahan dan metode yang tersedia pada zaman dahulu. Setelah beberapa waktu, terak dengan bola aluminium melayang ke permukaan wadah! Hasil logamnya kecil

, tetapi ada kemungkinan bahwa dengan cara inilah para ahli metalurgi kuno dapat memperoleh “logam abad ke-20”.Sifat-sifat aluminium. Warna aluminium murni menyerupai perak; merupakan logam yang sangat ringan: massa jenisnya hanya 2,7 g/cm 3 . Satu-satunya logam yang lebih ringan dari aluminium adalah logam alkali dan alkali tanah (kecuali barium), berilium, dan magnesium. Aluminium juga mudah meleleh pada suhu 600°C (kawat aluminium tipis dapat dicairkan dengan kompor dapur biasa), tetapi hanya mendidih pada suhu 2452°C. Dalam hal konduktivitas listrik, aluminium menempati urutan ke-4, kedua setelah perak (peringkat pertama), tembaga dan emas, yang, mengingat rendahnya harga aluminium, sangat penting secara praktis. Konduktivitas termal logam berubah dalam urutan yang sama. Konduktivitas termal aluminium yang tinggi dapat dengan mudah diverifikasi dengan mencelupkan sendok aluminium ke dalam teh panas. Dan satu lagi sifat luar biasa dari logam ini: permukaannya yang halus dan berkilau memantulkan cahaya dengan sempurna: dari 80 hingga 93% di wilayah spektrum tampak, bergantung pada panjang gelombang. Di wilayah ultraviolet, aluminium tidak ada bandingannya dalam hal ini, dan hanya di wilayah merah aluminium sedikit lebih rendah daripada perak (di wilayah ultraviolet, perak memiliki reflektifitas yang sangat rendah).

Aluminium murni adalah logam yang cukup lunak, hampir tiga kali lebih lunak dari tembaga, sehingga pelat dan batang aluminium yang relatif tebal pun mudah ditekuk, tetapi ketika aluminium membentuk paduan (jumlahnya sangat banyak), kekerasannya dapat meningkat sepuluh kali lipat.

Karakteristik bilangan oksidasi aluminium adalah +3, tetapi karena adanya bilangan 3 yang tidak terisi R- dan 3

D -orbital, atom aluminium dapat membentuk ikatan donor-akseptor tambahan. Oleh karena itu, ion Al 3+ dengan radius kecil sangat rentan terhadap pembentukan kompleks, membentuk berbagai kompleks kationik dan anionik: AlCl4 , AlF 6 3 , 3+ , Al(OH) 4 , Al(OH) 6 3 , AlH 4dan banyak lagi. Kompleks dengan senyawa organik juga diketahui.

Aktivitas kimia aluminium sangat tinggi; dalam rangkaian potensial elektroda ia berada tepat di belakang magnesium. Sekilas, pernyataan seperti itu mungkin tampak aneh: bagaimanapun juga, panci aluminium atau sendok cukup stabil di udara dan tidak roboh meski di dalam air mendidih. Aluminium, tidak seperti besi, tidak berkarat. Ternyata ketika terkena udara, logam tersebut ditutupi dengan “pelindung” oksida yang tidak berwarna, tipis namun tahan lama, yang melindungi logam dari oksidasi. Jadi, jika Anda memasukkan kawat atau pelat aluminium tebal setebal 0,51 mm ke dalam nyala api pembakar, logam tersebut akan meleleh, tetapi aluminium tidak mengalir, karena tetap berada dalam kantong oksidanya. Jika Anda menghilangkan lapisan pelindung aluminium atau membuatnya lepas (misalnya, dengan merendamnya dalam larutan garam merkuri), aluminium akan segera mengungkapkan esensi aslinya: pada suhu kamar ia akan mulai bereaksi kuat dengan air, melepaskan hidrogen. : 2Al + 6H

2 O ® 2Al(OH) 3 + 3H 2 . Di udara, aluminium yang lapisan pelindungnya dilucuti berubah menjadi bubuk oksida lepas tepat di depan mata kita: 2Al + 3O 2 ® 2Al 2 O 3 . Aluminium sangat aktif dalam keadaan hancur halus; Saat ditiupkan ke dalam nyala api, debu aluminium langsung terbakar. Jika Anda mencampurkan debu aluminium dengan natrium peroksida pada piring keramik dan menjatuhkan air ke atas campuran tersebut, aluminium juga akan menyala dan terbakar dengan nyala api putih.

Afinitas aluminium yang sangat tinggi terhadap oksigen memungkinkannya untuk “mengambil” oksigen dari oksida sejumlah logam lain, mereduksinya (metode aluminotermi). Contoh paling terkenal adalah campuran termit, yang pembakarannya melepaskan begitu banyak panas sehingga besi yang dihasilkan meleleh: 8Al + 3Fe

3 O 4 ® 4Al 2 O 3 + 9Fe. Reaksi ini ditemukan pada tahun 1856 oleh N.N.Beketov. Dengan cara ini, Fe dapat direduksi menjadi logam2 O 3, CoO, NiO, MoO 3, V 2 O 5, SnO 2, CuO, sejumlah oksida lainnya. Saat mereduksi dengan aluminium Cr2 O 3, Nb 2 O 5, Ta 2 O 5, SiO 2, TiO 2, ZrO 2, B 2 O 3Panas reaksi tidak cukup untuk memanaskan produk reaksi melebihi titik lelehnya.

Aluminium mudah larut dalam asam mineral encer membentuk garam. Asam nitrat pekat, mengoksidasi permukaan aluminium, mendorong penebalan dan penguatan lapisan oksida (yang disebut pasivasi logam). Aluminium yang diolah dengan cara ini tidak bereaksi bahkan dengan asam klorida. Menggunakan elektrokimia

Oksidasi anodik (anodisasi) dapat menghasilkan lapisan tebal pada permukaan aluminium, yang dapat dengan mudah dicat dengan berbagai warna.

Perpindahan logam yang kurang aktif oleh aluminium dari larutan garam sering kali terhambat oleh lapisan pelindung pada permukaan aluminium. Film ini cepat dihancurkan oleh tembaga klorida, sehingga reaksi 3CuCl mudah terjadi

2 + 2Al ® 2AlCl 3 + 3Cu, yang disertai dengan pemanasan yang kuat. Dalam larutan alkali kuat, aluminium mudah larut dengan pelepasan hidrogen: 2Al + 6NaOH + 6H 2 O ® 2Na 3 + 3H 2 (kompleks hidrokso anionik lainnya juga terbentuk). Sifat amfoter senyawa aluminium juga dimanifestasikan dalam mudahnya larutnya oksida dan hidroksida yang baru diendapkan dalam basa. Kristal oksida (korundum) sangat tahan terhadap asam dan basa. Ketika digabungkan dengan basa, aluminat anhidrat terbentuk: Al 2 O 3 + 2NaOH ® 2NaAlO 2 + H 2 O. Magnesium aluminat Mg(AlO 2) 2 batu spinel semi mulia, biasanya diwarnai dengan kotoran dalam berbagai macam warna.

Reaksi aluminium dengan halogen terjadi dengan cepat. Jika kawat aluminium tipis dimasukkan ke dalam tabung reaksi yang berisi 1 ml brom, maka melalui waktu yang singkat aluminium terbakar dan terbakar dengan nyala api yang terang. Reaksi campuran bubuk aluminium dan yodium dimulai dengan setetes air (air dengan yodium membentuk asam yang menghancurkan lapisan oksida), setelah itu nyala api terang muncul dengan awan uap ungu yodium. Aluminium halida dalam larutan air bersifat asam karena hidrolisis: AlCl

3 + H 2 O Al(OH)Cl 2 + HCl. Reaksi aluminium dengan nitrogen hanya terjadi di atas 800°C dengan pembentukan AlN nitrida, dengan belerang pada suhu 200°C (Al sulfida terbentuk 2 S 3 ), dengan fosfor pada 500° C (terbentuk AlP fosfat). Ketika boron ditambahkan ke aluminium cair, borida dengan komposisi AlB akan terbentuk 2 dan AlB 12 senyawa tahan api, tahan terhadap asam. Hidrida (AlH) x (x = 1.2) hanya terbentuk dalam ruang hampa di suhu rendah dalam reaksi atom hidrogen dengan uap aluminium. AlH hidrida, stabil tanpa adanya uap air pada suhu kamar 3 disiapkan dalam larutan eter anhidrat: Al Cl 3 + LiH ® AlH 3 + 3LiCl. Dengan kelebihan LiH, litium aluminium hidrida LiAlH seperti garam terbentuk 4 agen pereduksi yang sangat kuat yang digunakan dalam sintesis organik. Ia terurai seketika dengan air: LiAlH 4 + 4H 2 O ® LiOH + Al(OH) 3 + 4H 2 . Produksi aluminium. Penemuan aluminium yang terdokumentasi terjadi pada tahun 1825. Logam ini pertama kali diperoleh oleh seorang fisikawan Denmark Hans Christian Oersted, ketika dia mengisolasinya dengan aksi kalium amalgam pada aluminium klorida anhidrat (diperoleh dengan melewatkan klorin melalui campuran panas aluminium oksida dan batu bara). Setelah menyuling merkuri, Oersted memperoleh aluminium, meskipun terkontaminasi dengan kotoran. Pada tahun 1827, ahli kimia Jerman Friedrich Wöhler memperoleh aluminium dalam bentuk bubuk dengan mereduksi heksafluoroaluminat dengan kalium: Na 3 AlF 6 + 3K ® Al + 3NaF + 3KF. Belakangan ia berhasil memperoleh aluminium dalam bentuk bola logam mengkilat. Pada tahun 1854, ahli kimia Perancis Henri Etienne Saint-Clair Deville mengembangkan metode industri pertama untuk memproduksi aluminium dengan mereduksi lelehan tetrakloroaluminat dengan natrium: NaAlCl 4 + 3Na ® Al + 4NaCl. Namun, aluminium tetap menjadi logam yang sangat langka dan mahal; harganya tidak jauh lebih murah dari emas dan 1500 kali lebih mahal dari besi (sekarang hanya tiga kali lipat). Terbuat dari emas, aluminium dan batu mulia dibuat pada tahun 1850-an sebagai mainan untuk putra Kaisar Prancis Napoleon III. Ketika sebuah batangan besar aluminium yang diproduksi dengan metode baru dipamerkan di Pameran Dunia di Paris pada tahun 1855, ia dipandang seolah-olah itu adalah sebuah permata. Terbuat dari aluminium berharga bagian atas(dalam bentuk piramida) Monumen Washington di ibu kota AS. Pada saat itu, harga aluminium tidak jauh lebih murah dibandingkan perak: di AS, misalnya, pada tahun 1856 dijual dengan harga 12 dolar per pon (454 g), dan perak seharga 15 dolar. buku yang diterbitkan pada tahun 1890 Kamus Ensiklopedis Brockhaus dan Efron mengatakan bahwa “aluminium masih digunakan terutama untuk pembuatan… barang-barang mewah.” Pada saat itu, hanya 2,5 ton logam yang ditambang setiap tahunnya di seluruh dunia. Baru menjelang akhir abad ke-19, ketika metode elektrolitik untuk memproduksi aluminium dikembangkan, produksi tahunannya mulai mencapai ribuan ton, dan pada abad ke-20. juta ton. Hal ini mengubah aluminium dari logam semi mulia menjadi logam yang banyak tersedia.

Metode modern untuk memproduksi aluminium ditemukan pada tahun 1886 oleh seorang peneliti muda Amerika Balai Charles Martin. Dia menjadi tertarik pada kimia sejak kecil. Setelah menemukan buku pelajaran kimia tua milik ayahnya, ia mulai rajin mempelajarinya dan melakukan eksperimen, bahkan pernah mendapat teguran dari ibunya karena merusak taplak meja makan. Dan 10 tahun kemudian dia melakukannya penemuan yang luar biasa, yang membuatnya terkenal di seluruh dunia.

Sebagai seorang siswa pada usia 16 tahun, Hall mendengar dari gurunya, F. F. Jewett, bahwa jika seseorang dapat mengembangkan cara yang murah untuk memproduksi aluminium, maka orang tersebut tidak hanya akan memberikan pelayanan yang baik kepada kemanusiaan, tetapi juga menghasilkan uang. kekayaan besar. Jewett tahu apa yang dia katakan: dia sebelumnya pernah berlatih di Jerman, bekerja dengan Wöhler, dan berdiskusi dengannya tentang masalah produksi aluminium. Jewett juga membawa sampel logam langka itu ke Amerika, yang dia tunjukkan kepada murid-muridnya. Tiba-tiba Hall menyatakan di depan umum: “Saya akan mendapatkan logam ini!”

Enam tahun kerja keras terus berlanjut. Hall mencoba memperoleh aluminium menggunakan metode yang berbeda, tetapi tidak berhasil. Akhirnya, ia mencoba mengekstraksi logam ini dengan cara elektrolisis. Pada saat itu belum ada pembangkit listrik, arus harus dihasilkan dengan menggunakan baterai besar buatan sendiri yang terbuat dari batu bara, seng, nitrat, dan asam sulfat. Hall bekerja di gudang tempat dia mendirikan laboratorium kecil. Ia dibantu oleh adiknya Julia yang sangat tertarik dengan eksperimen kakaknya. Dia menyimpan semua surat dan jurnal kerjanya, yang memungkinkan untuk menelusuri sejarah penemuan hari demi hari. Berikut kutipan dari memoarnya:

“Charles selalu dalam suasana hati yang baik, dan bahkan pada hari-hari terburuknya dia mampu menertawakan nasib para penemu yang tidak beruntung. Di saat mengalami kegagalan, dia menemukan hiburan di piano lama kami. Di miliknya laboratorium rumah dia bekerja berjam-jam tanpa istirahat; dan ketika dia bisa meninggalkan pengaturan untuk sementara waktu, dia akan bergegas melintasi seluruh rumah panjang kami untuk bermain sedikit... Aku tahu bahwa bermain dengan seperti itu

pesona dan perasaan, dia terus-menerus memikirkan pekerjaannya. Dan musik membantunya dalam hal ini.”

Bagian tersulitnya adalah memilih elektrolit dan melindungi aluminium dari oksidasi. Setelah enam bulan kerja keras yang melelahkan, beberapa bola perak kecil akhirnya muncul di dalam wadah. Hall segera berlari menemui mantan gurunya untuk menceritakan kesuksesannya. “Profesor, saya mengerti!” serunya sambil mengulurkan tangannya: di telapak tangannya terdapat selusin bola aluminium kecil. Ini terjadi pada tanggal 23 Februari 1886. Dan tepat dua bulan kemudian, pada tanggal 23 April tahun yang sama, orang Prancis Paul Héroux mengambil paten untuk penemuan serupa, yang ia buat secara mandiri dan hampir bersamaan (dua kebetulan lainnya juga mencolok: baik Hall dan Héroux lahir pada tahun 1863 dan meninggal pada tahun 1914).

Sekarang bola aluminium pertama yang diproduksi oleh Hall disimpan di American Aluminium Company di Pittsburgh sebagai peninggalan nasional, dan di kampusnya terdapat monumen Hall, yang terbuat dari aluminium. Selanjutnya, Jewett menulis: “Penemuan saya yang paling penting adalah penemuan manusia

. Charles M. Hall-lah yang, pada usia 21 tahun, menemukan metode mereduksi aluminium dari bijih, dan dengan demikian menjadikan aluminium logam luar biasa yang kini banyak digunakan di seluruh dunia.” Ramalan Jewett menjadi kenyataan: Hall mendapat pengakuan luas dan menjadi anggota kehormatan banyak perkumpulan ilmiah. Tetapi kehidupan pribadinya tidak berhasil: pengantin wanita tidak mau menerima kenyataan bahwa tunangannya menghabiskan seluruh waktunya di laboratorium, dan memutuskan pertunangan. Hall menemukan pelipur lara di kampus asalnya, tempat dia bekerja selama sisa hidupnya. Seperti yang ditulis oleh saudara laki-laki Charles, "Perguruan tinggi adalah istrinya, anak-anaknya, dan segalanya, sepanjang hidupnya." Hall mewariskan sebagian besar warisannya, $5 juta, kepada perguruan tinggi. Hall meninggal karena leukemia pada usia 51 tahun.

Metode Hall memungkinkan produksi aluminium yang relatif murah dalam skala besar menggunakan listrik. Jika dari tahun 1855 hingga 1890 hanya diperoleh 200 ton aluminium, maka dalam dekade berikutnya, dengan menggunakan metode Hall, 28.000 ton logam ini telah diperoleh di seluruh dunia! Pada tahun 1930, produksi aluminium tahunan global mencapai 300 ribu ton. Sekarang lebih dari 15 juta ton aluminium diproduksi setiap tahunnya. Dalam rendaman khusus pada suhu 960970° C, larutan alumina (teknis Al

2 HAI 3 ) dalam kriolit cair Na 3 AlF 6 , yang sebagian ditambang dalam bentuk mineral, dan sebagian lagi disintesis secara khusus. Aluminium cair terakumulasi di dasar bak (katoda), oksigen dilepaskan di anoda karbon, yang secara bertahap terbakar. Pada tegangan rendah (sekitar 4,5 V), elektroliser mengkonsumsi arus yang sangat besarhingga 250.000 A! Satu elektroliser menghasilkan sekitar satu ton aluminium per hari. Produksinya memerlukan banyak listrik: dibutuhkan 15.000 kilowatt-jam listrik untuk menghasilkan 1 ton logam. Jumlah listrik ini dikonsumsi oleh 150 gedung apartemen besar selama sebulan penuh. Produksi aluminium berbahaya bagi lingkungan karena udara atmosfer terkontaminasi dengan senyawa fluor yang mudah menguap.Penerapan aluminium. Bahkan D.I.Mendeleev menulis bahwa “aluminium metalik, yang memiliki bobot dan kekuatan yang tinggi serta variabilitas yang rendah di udara, sangat cocok untuk beberapa produk.” Aluminium adalah salah satu logam yang paling umum dan termurah. Sulit membayangkan tanpa dia kehidupan modern. Tak heran jika aluminium disebut sebagai logam abad ke-20. Ini cocok untuk diproses: menempa, mencap, menggulung, menggambar, menekan. Aluminium murni adalah logam yang cukup lunak; mereka berhasil melakukannya kabel listrik, detail struktural, foil untuk produk makanan, peralatan dapur dan cat “perak”. Logam cantik dan ringan ini banyak digunakan dalam konstruksi dan teknologi penerbangan. Aluminium memantulkan cahaya dengan sangat baik. Oleh karena itu, digunakan untuk pembuatan cermin dengan pengendapan logam dalam ruang hampa.

Di bidang pesawat terbang dan teknik mesin, selama manufaktur struktur bangunan, gunakan paduan aluminium yang jauh lebih keras. Salah satu yang paling terkenal adalah paduan aluminium dengan tembaga dan magnesium (duralumin, atau sekadar “duralumin”; namanya berasal dari kota Duren di Jerman). Setelah pengerasan, paduan ini memperoleh kekerasan khusus dan menjadi sekitar 7 kali lebih kuat dari aluminium murni. Pada saat yang sama, ia hampir tiga kali lebih ringan dari besi. Itu diperoleh dengan paduan aluminium dengan sedikit tambahan tembaga, magnesium, mangan, silikon dan besi. Silumin tersebar luas - pengecoran paduan aluminium dan silikon. Paduan berkekuatan tinggi, kriogenik (tahan beku) dan tahan panas juga diproduksi. Lapisan pelindung dan dekoratif mudah diaplikasikan pada produk paduan aluminium. Ringan dan kuatnya paduan aluminium sangat berguna dalam teknologi penerbangan. Misalnya, baling-baling helikopter terbuat dari paduan aluminium, magnesium, dan silikon. Perunggu aluminium yang relatif murah (hingga 11% Al) memiliki kandungan yang tinggi peralatan mekanis, itu stabil air laut dan bahkan dalam keadaan encer asam hidroklorik. Dari tahun 1926 hingga 1957, koin dalam pecahan 1, 2, 3 dan 5 kopeck dicetak dari aluminium perunggu di Uni Soviet.

Saat ini, seperempat dari seluruh aluminium digunakan untuk kebutuhan konstruksi, jumlah yang sama dikonsumsi oleh teknik transportasi, sekitar 17% dihabiskan untuk bahan kemasan dan kaleng, dan 10% untuk teknik kelistrikan.

Banyak campuran yang mudah terbakar dan meledak juga mengandung aluminium. Alumotol, campuran trinitrotoluena dengan bubuk aluminium, adalah salah satu bahan peledak industri paling kuat. Ammonal merupakan bahan peledak yang terdiri dari amonium nitrat, trinitrotoluena dan bubuk aluminium. Komposisi pembakar mengandung aluminium dan zat pengoksidasi: nitrat, perklorat. Komposisi kembang api Zvezdochka juga mengandung bubuk aluminium.

Campuran bubuk aluminium dengan oksida logam (termit) digunakan untuk memproduksi logam dan paduan tertentu, untuk rel las, dan amunisi pembakar.

Aluminium juga ditemukan penggunaan praktis sebagai bahan bakar roket. Untuk membakar 1 kg aluminium secara sempurna, dibutuhkan oksigen hampir empat kali lebih sedikit dibandingkan 1 kg minyak tanah. Selain itu, aluminium tidak hanya dapat dioksidasi oleh oksigen bebas, tetapi juga oleh oksigen terikat, yang merupakan bagian dari air atau karbon dioksida. Ketika aluminium “terbakar” dalam air, 8800 kJ dilepaskan per 1 kg produk; ini 1,8 kali lebih kecil dibandingkan saat pembakaran logam dalam oksigen murni, tetapi 1,3 kali lebih banyak dibandingkan saat pembakaran di udara. Artinya, alih-alih senyawa berbahaya dan mahal, air biasa dapat digunakan sebagai oksidator bahan bakar tersebut. Ide menggunakan aluminium di

Sebagai bahan bakar pada tahun 1924, diusulkan oleh ilmuwan dan penemu dalam negeri F.A. Tsander. Rencananya, elemen aluminium bisa digunakan pesawat ruang angkasa sebagai bahan bakar tambahan. Proyek berani ini belum dilaksanakan secara praktis, tetapi sebagian besar bahan bakar roket padat yang diketahui saat ini mengandung logam aluminium dalam bentuk bubuk halus. Menambahkan 15% aluminium ke bahan bakar dapat meningkatkan suhu produk pembakaran seribu derajat (dari 2200 menjadi 3200 K); Laju aliran produk pembakaran dari nosel mesin juga meningkat secara nyata, ini adalah indikator energi utama yang menentukan efisiensi bahan bakar roket. Dalam hal ini, hanya litium, berilium, dan magnesium yang dapat bersaing dengan aluminium, tetapi semuanya jauh lebih mahal daripada aluminium.

Senyawa aluminium juga banyak digunakan. Bahan aluminium oksida tahan api dan abrasif (ampelas), bahan baku produksi keramik. Itu juga digunakan untuk membuat bahan laser, bantalan jam tangan, batu perhiasan(rubi buatan). Adsorben aluminium oksida terkalsinasi untuk pemurnian gas dan cairan dan katalis seri reaksi organik. Aluminium klorida anhidrat adalah katalis dalam sintesis organik (reaksi Friedel-Crafts), bahan awal untuk produksi aluminium dengan kemurnian tinggi. Aluminium sulfat digunakan untuk pemurnian air; bereaksi dengan kalsium bikarbonat yang dikandungnya:

Al 2 (SO 4) 3 + 3Ca(HCO 3) 2 ® 2AlO(OH) + 3CaSO 4 + 6CO 2 + 2H 2O, ia membentuk serpihan oksida-hidroksida, yang mengendap, menangkap dan juga menyerap kotoran tersuspensi di dalam air dan bahkan mikroorganisme di permukaan. Selain itu, aluminium sulfat digunakan sebagai mordan untuk mewarnai kain, penyamakan kulit, mengawetkan kayu, dan mengukur kertas. Kalsium aluminat merupakan komponen pengikat, termasuk semen Portland. Garnet aluminium yttrium (YAG) YAlO 3 bahan laser. Bahan tahan api aluminium nitrida untuk tungku listrik. Zeolit ​​​​sintetis (termasuk aluminosilikat) merupakan adsorben dalam kromatografi dan katalis. Senyawa organoaluminum (misalnya trietilaluminum) merupakan komponen katalis Ziegler Natta, yang digunakan untuk sintesis polimer, termasuk karet sintetis berkualitas tinggi.

Ilya Leenson

LITERATUR Tikhonov V.N. Kimia analitik aluminium. M., “Ilmu Pengetahuan”, 1971
Perpustakaan Populer unsur kimia . M., “Ilmu Pengetahuan”, 1983
Craig N.C. Charles Martin Hall dan Metalnya. J.Chem.Educ . 1986, jilid. 63, no.7
Kumar V., Milewski L. Dewan Charles Martin dan besar Revolusi Aluminium. J.Chem.Educ., 1987, jilid. 64, no.8

Tidak sulit untuk menebak apa yang menentukan warna nyala api bahan kimia, terbakar di dalamnya, jika paparan suhu tinggi melepaskan atom-atom individu dari zat yang mudah terbakar, mewarnai api. Untuk mengetahui pengaruh zat terhadap warna api, dilakukan berbagai percobaan yang akan kita bahas di bawah ini.

Sejak zaman kuno, para alkemis dan ilmuwan telah mencoba mencari tahu zat apa yang terbakar, tergantung pada warna nyala api tersebut.

Nyala api pemanas air gas dan kompor yang tersedia di semua rumah dan apartemen berwarna biru. Saat dibakar, warna ini dihasilkan oleh karbon, karbon monoksida. Warna kuning-oranye pada nyala api yang menyala di hutan, atau korek api rumah tangga, disebabkan oleh tingginya kandungan garam natrium pada kayu alami. Sebagian besar berkat ini - merah. Nyala api kompor gas akan memperoleh warna yang sama jika ditaburi garam meja biasa. Ketika tembaga terbakar, apinya akan berwarna hijau. Saya rasa Anda pernah memperhatikan bahwa ketika Anda memakai cincin atau rantai yang terbuat dari tembaga biasa yang tidak dilapisi bahan pelindung dalam waktu lama, kulitnya menjadi hijau. Hal yang sama juga terjadi pada proses pembakaran. Jika kandungan tembaganya tinggi, muncul lampu hijau yang sangat terang, hampir identik dengan putih. Hal ini terlihat jika Anda menaburkan serutan tembaga pada kompor gas.

Banyak eksperimen telah dilakukan dengan melibatkan hal-hal umum kompor gas dan berbagai mineral. Dengan cara ini komposisinya ditentukan. Anda perlu mengambil mineral dengan pinset dan memasukkannya ke dalam api. Warna yang dihasilkan api dapat menunjukkan berbagai kotoran yang ada dalam unsur tersebut. Nyala api hijau dan coraknya menunjukkan adanya tembaga, barium, molibdenum, antimon, dan fosfor. Boron menghasilkan warna biru kehijauan. Selenium memberi warna biru pada nyala api. Nyala api diwarnai merah dengan adanya strontium, litium dan kalsium, dan ungu - kalium. Warna kuning-oranye dihasilkan ketika natrium dibakar.

Kajian mineral untuk mengetahui komposisinya dilakukan dengan menggunakan pembakar Bunsen. Warna nyalanya rata dan tidak berwarna, tidak mengganggu jalannya percobaan. Bunsen menemukan pembakar pada pertengahan abad ke-19.

Dia menemukan metode yang memungkinkan seseorang menentukan komposisi suatu zat berdasarkan warna nyala api. Para ilmuwan telah mencoba melakukan eksperimen serupa sebelumnya, tetapi mereka tidak memiliki pembakar Bunsen, nyala api tidak berwarna yang tidak mengganggu kemajuan eksperimen. Dia menempatkan berbagai elemen pada kawat platina ke dalam api pembakar, karena ketika logam ini ditambahkan, nyala api tidak berubah warna. Sekilas, metode ini tampak bagus, Anda bisa melakukannya tanpa analisis kimia yang memakan waktu. Anda hanya perlu membawa elemen tersebut ke dalam api dan melihat isinya. Tetapi zat dalam bentuk murninya sangat jarang ditemukan di alam. Biasanya mengandung berbagai kotoran dalam jumlah besar yang mengubah warna nyala api.

Bunsen mencoba menonjolkan warna dan corak dengan berbagai metode. Misalnya saja menggunakan kaca berwarna. Misalkan jika dilihat melalui kaca biru tidak akan terlihat kuning, di mana api diwarnai saat membakar garam natrium yang paling umum. Kemudian warna ungu atau merah tua dari elemen yang diinginkan menjadi dapat dibedakan. Tetapi bahkan trik seperti itu menghasilkan penentuan komposisi mineral kompleks yang benar dalam kasus yang sangat jarang terjadi. Teknologi ini tidak dapat mencapai lebih banyak lagi.

Saat ini, obor seperti itu hanya digunakan untuk menyolder.

Pembakaran aluminium

Aluminium terbakar di udara

Tidak seperti magnesium, partikel aluminium tunggal tidak menyala ketika dipanaskan di udara atau uap air hingga 2100 K. Partikel magnesium yang terbakar digunakan untuk menyalakan aluminium. Yang terakhir ditempatkan pada permukaan elemen pemanas, dan partikel aluminium ditempatkan di ujung jarum pada jarak 10-4 m di atas yang pertama.

Ketika partikel aluminium dinyalakan, penyalaan terjadi pada fase uap, dan intensitas zona cahaya yang muncul di sekitar partikel meningkat secara perlahan. Pembakaran stasioner ditandai dengan adanya zona pijar, yang tidak berubah ukurannya sampai logam hampir terbakar seluruhnya. Rasio ukuran zona cahaya dan partikel adalah 1,6-1,9. Di zona cahaya, tetesan oksida kecil terbentuk, yang bergabung saat tumbukan.

Residu setelah pembakaran partikel berupa cangkang berongga yang tidak mengandung logam di dalamnya. Ketergantungan waktu pembakaran suatu partikel pada ukurannya dinyatakan dengan rumus (pembakaran simetris).

Pembakaran aluminium dalam uap air

Pengapian aluminium dalam uap air terjadi secara heterogen. Hidrogen yang dilepaskan selama reaksi berkontribusi terhadap penghancuran lapisan oksida; dalam hal ini, aluminium oksida cair (atau hidroksida) disemprotkan dalam bentuk tetesan dengan diameter hingga 10-15 mikron. Penghancuran cangkang oksida ini berulang secara berkala. Hal ini menunjukkan bahwa sebagian besar logam terbakar pada permukaan partikel.

Pada awal pembakaran, rasio rsv /R 0 sama dengan 1,6-1,7. Selama proses pembakaran, ukuran partikel mengecil, dan rasio gs/?o meningkat menjadi 2,0-3,0. Laju pembakaran partikel aluminium dalam uap air hampir 5 kali lebih besar dibandingkan di udara.

Pembakaran paduan aluminium-magnesium

Pembakaran paduan aluminium-magnesium di udara

Pengapian partikel paduan aluminium-magnesium komposisi variabel di udara, campuran oksigen-argon, uap air, dan karbon dioksida, biasanya berlangsung dengan cara yang sama seperti penyalaan partikel magnesium. Permulaan penyalaan didahului oleh reaksi oksidatif yang terjadi di permukaan.

Pembakaran paduan aluminium-magnesium berbeda secara signifikan dari pembakaran aluminium dan magnesium dan sangat bergantung pada rasio komponen dalam paduan dan parameter lingkungan pengoksidasi. Ciri terpenting dari pembakaran partikel paduan adalah proses dua tahap (Gbr. 2.6). Pada tahap pertama, partikel dikelilingi oleh sekumpulan obor, membentuk zona pendaran produk reaksi yang tidak seragam. Membandingkan sifat dan ukuran zona bercahaya di sekitar partikel paduan selama tahap pertama pembakaran dengan sifat dan ukuran zona bercahaya di sekitar partikel magnesium yang terbakar (lihat Gambar 2.4), kita dapat menyimpulkan bahwa pada tahap ini, terutama magnesium membakar partikel tersebut.

Beras. 2.6. Pembakaran partikel paduan 30% A1 + 70% Mg pada kondisi normal tekanan atmosfir dalam campuran yang mengandung 15% O berdasarkan volume 2dan 85% Ar:

1, 2 – kelelahan magnesium; 3-6 – kelelahan aluminium

Ciri pembakaran paduan tahap pertama adalah keteguhan ukuran partikel dan zona api. Ini berarti bahwa tetesan cairan dari paduan tersebut terkandung dalam cangkang oksida padat. Film oksida didominasi oleh magnesium oksida. Melalui cacat film, magnesium mengalir keluar, terbakar dalam nyala api difusi fase uap.

Pada akhir tahap pertama, terjadinya reaksi heterogen semakin meningkat, terbukti dengan munculnya fokus pendaran terang pada permukaan partikel. Panas yang dilepaskan selama reaksi heterogen berkontribusi terhadap pemanasan partikel hingga titik leleh oksida dan awal pembakaran tahap kedua.

Pada pembakaran tahap kedua, partikel dikelilingi oleh zona cahaya yang seragam dan lebih terang, yang berkurang seiring dengan pembakaran logam. Homogenitas dan kebulatan zona nyala menunjukkan bahwa lapisan oksida pada permukaan partikel meleleh. Difusi logam melalui film dipastikan dengan rendahnya ketahanan difusi oksida cair. Ukuran zona api secara signifikan melebihi ukuran partikel, yang menunjukkan pembakaran logam dalam fase uap. Perbandingan sifat pembakaran tahap kedua dengan pola pembakaran aluminium yang diketahui menunjukkan adanya kesamaan yang besar; kemungkinan besar aluminium terbakar pada tahap proses ini. Saat terbakar, ukuran nyala api dan akibatnya penurunan pembakaran berkurang. Partikel terbakar lama bersinar.

Mengubah ukuran zona pijar suatu partikel yang terbakar sesuai dengan mekanisme yang dijelaskan adalah hal yang rumit (Gbr. 2.7). Setelah pengapian nilainya R St. /R 0 dengan cepat (dalam -0,1 ms) mencapai nilai maksimum (section ab). Selanjutnya, selama waktu utama pembakaran tahap pertama, rasionya R St/ R 0 tetap konstan (bagian bv). Ketika kelelahan magnesium berakhir, R CV/ R 0 dikurangi menjadi minimum (titik G), dan kemudian, dengan dimulainya pembakaran aluminium, ia meningkat (bagian gd). Akhirnya, tapi saat aluminium terbakar R St. /R 0 berkurang secara monoton (bagian de) sebelum nilai akhir, sesuai dengan ukuran oksida yang terbentuk.

Beras. 2.7.:

1 – paduan 30% Al + 70% Mg, udara; 2 – paduan 30% A1 + 70% Mg, campuran 15% O2 + 85% Ar; 3 – paduan 50% A1 + 50% Mg, udara

Mekanisme dan parameter proses pembakaran paduan aluminium-magnesium sangat bergantung pada komposisi paduan tersebut. Dengan penurunan kandungan magnesium dalam paduan, ukuran zona pijar selama tahap pertama pembakaran dan durasi tahap ini berkurang. Ketika kandungan magnesium dalam paduan kurang dari 30%, prosesnya tetap menjadi proses dua tahap, namun menjadi terputus-putus. Pada akhir tahap pertama, zona pijar dikurangi menjadi ukuran partikel itu sendiri, proses pembakaran berhenti, dan aluminium terbakar hanya setelah partikel tersebut dinyalakan kembali. Partikel yang tidak menyala lagi adalah cangkang oksida berongga dan berpori yang mengandung tetesan aluminium yang tidak terbakar di dalamnya.

Ketergantungan waktu pembakaran partikel pada diameter awalnya dinyatakan dengan rumus empiris berikut:

Pembakaran paduan aluminium-magnesium dalam campuran oksigen dengan argon, dalam uap air dan karbon dioksida.

Sifat pembakaran partikel paduan aluminium-magnesium dalam campuran oksigen-argon sama dengan di udara. Dengan penurunan kandungan oksigen, ukuran zona cahaya selama pembakaran magnesium berkurang secara nyata. Ketergantungan waktu pembakaran partikel paduan 50% Al + 50% Mg terhadap ukuran partikel dan kandungan oksigen dalam campuran dalam persen volume dinyatakan dengan rumus

Pembakaran paduan dalam uap air berbeda secara signifikan (Gbr. 2.8). Lapisan oksida yang terbentuk pada tahap pertama dihancurkan oleh hidrogen, dan partikelnya tampak seperti karang. Aluminium yang tersisa di karang terbakar hanya 1-10 ms setelah tahap pertama berakhir. Proses yang terputus-putus ini khas untuk paduan dengan komposisi apa pun.

Beras. 2.8. Pembakaran partikel paduan aluminium-magnesium (50:50) berbentuk bola(A) dan salah(B) terbentuk dalam uap air pada tekanan atmosfer normal:

1 – partikel awal; 2 – partikel sebelum penyalaan; 3 – kelelahan magnesium; 4 – pembakaran aluminium; 5 – karang terbentuk setelah partikel

Ketika paduan aluminium-magnesium terbakar dalam karbon dioksida, hanya magnesium yang terbakar keluar dari partikelnya, setelah itu proses pembakaran berhenti.

Pembakaran paduan aluminium-magnesium dalam nyala api bersuhu tinggi

Untuk mempelajari proses pembakaran partikel logam pada suhu tinggi ah, di bawah partikel yang dipasang di ujung jarum, sebuah tablet yang ditekan dari campuran amonium perklorat dan heksamin, dengan menghitung suhu pembakaran 2500, 2700 dan 3100 K, dibakar.

Pembakaran partikel paduan aluminium-magnesium dalam kondisi ini biasanya terjadi dengan ledakan. Kehadiran ledakan merupakan ciri khas partikel dari semua komposisi. Akibat ledakan tersebut, terbentuk zona pendaran yang signifikan, yang merupakan tanda dominasi pembakaran fase uap. Foto partikel yang terbakar pada awal pembakaran (Gbr. 2.9, A) menunjukkan bahwa reaksi heterogen terjadi di seluruh permukaan cangkang oksida. Karena panasnya reaksi heterogen, terjadi penguapan logam yang cepat (Gbr. 2.9, B), mendorong pecahnya cangkang oksida dan memercikkan tetesan yang tidak menguap (Gbr. 2.9, V).

Beras. 2.9. Pembakaran 95% partikel paduan Al dengan 5% Mg dalam nyala oksidasi (suhu 2700 K):

A– tahap awal pembakaran; B– pembakaran stasioner; V- berpisah

Menurut B. G. Lrabey, S. E. Salibekov dan Yu. V. Leninsky, penghancuran partikel paduan aluminium-magnesium disebabkan oleh perbedaan titik didih magnesium dan aluminium yang sangat besar, akibatnya magnesium mendidih ketika partikel berada di zona suhu tinggi bersifat mudah meledak dan menyebabkan hancurnya sisa aluminium. Temperatur 2500 K sudah cukup untuk terjadinya pembakaran eksplosif, hal ini wajar saja, karena temperatur tersebut melebihi titik didih kedua komponen.

• Arabey B.G., Salibekov S.E., Levinsky Yu.V. Beberapa ciri penyalaan dan pembakaran debu logam // Metalurgi serbuk. 1964. Nomor 3. Hal. 109-118.

Aluminium - logam mudah terbakar, massa atom 26,98; massa jenis 2700 kg/m 3, titik leleh 660,1 °C; titik didih 2486 °C; nilai kalor -31087 kJ/kg. Serutan aluminium dan debu dapat terbakar akibat pengaruh lokal dari sumber penyalaan berkalori rendah (nyala korek api, percikan api, dll.). Ketika bubuk aluminium, serutan, dan foil berinteraksi dengan uap air, aluminium oksida terbentuk dan sejumlah besar panas dilepaskan, yang menyebabkan pembakaran spontan ketika terakumulasi dalam tumpukan. Proses ini difasilitasi oleh kontaminasi bahan-bahan tersebut dengan minyak. Pelepasan hidrogen bebas ketika debu aluminium berinteraksi dengan uap air memfasilitasi ledakannya. Suhu penyalaan sendiri sampel debu aluminium dengan dispersi 27 mikron adalah 520 °C; suhu membara 410 °C; batas konsentrasi bawah perambatan api 40 g/m 3 ; tekanan ledakan maksimum 1,3 MPa; laju kenaikan tekanan: rata-rata 24,1 MPa/s, maksimum 68,6 MPa/s. Konsentrasi oksigen maksimum di mana pengapian suspensi udara oleh percikan listrik tidak termasuk adalah 3% dari volume. Debu yang menempel merupakan bahaya kebakaran. Suhu penyalaan sendiri 320 °C. Aluminium mudah bereaksi pada suhu kamar dengan larutan alkali dan amonia dalam air, melepaskan hidrogen. Mencampur bubuk aluminium dengan basa larutan berair dapat menyebabkan ledakan. Bereaksi kuat dengan banyak metaloid. Putaran aluminium terbakar, misalnya pada brom, membentuk aluminium bromida. Interaksi aluminium dengan klorin dan bromin terjadi pada suhu kamar, dan dengan yodium - saat dipanaskan. Saat dipanaskan, aluminium bergabung dengan belerang. Jika Anda menambahkan bubuk aluminium ke dalam uap belerang yang mendidih, aluminium akan terbakar. Aluminium yang digiling berat bereaksi dengan hidrokarbon terhalogenasi; sejumlah kecil aluminium klorida yang ada (terbentuk selama reaksi ini) bertindak sebagai katalis, mempercepat reaksi, dalam beberapa kasus menyebabkan ledakan. Fenomena ini diamati ketika bubuk aluminium dipanaskan dengan metil klorida, karbon tetraklorida, campuran kloroform dan karbon tetraklorida hingga suhu sekitar 150 °C.

Aluminium dalam bentuk bahan kompak tidak berinteraksi dengan karbon tetraklorida. Mencampur debu aluminium dengan beberapa hidrokarbon terklorinasi dan alkohol menyebabkan campuran terbakar secara spontan. Campuran bubuk aluminium dengan oksida tembaga, oksida perak, timbal oksida dan terutama timbal dioksida terbakar secara eksplosif. Campuran amonium nitrat, bubuk aluminium dengan batu bara atau senyawa nitro bersifat eksplosif. Bahan pemadam kebakaran: pasir kering, alumina, bubuk magnesit, selimut asbes. Penggunaan air dan alat pemadam api dilarang.

Aluminium tidak terdapat di alam dalam bentuk murni, karena sangat cepat teroksidasi oleh oksigen atmosfer untuk membentuk lapisan oksida kuat yang melindungi permukaan dari interaksi lebih lanjut.

Biasanya, bukan aluminium murni yang digunakan sebagai bahan struktural, tetapi berbagai paduan berdasarkan bahan tersebut, yang dicirikan oleh kombinasi kekuatan yang memuaskan, keuletan yang baik, kemampuan las yang sangat baik, dan ketahanan terhadap korosi. Selain itu, paduan ini memiliki ciri ketahanan getaran yang tinggi.