2.3 Получение и применение алюминия.

Металлический алюминий получают электролизом раствора глинозема (17.7) Al₂O₃ в расплавленном криолите Na₂AlF₆ при 960–970°С.

Процесс электролиза проводят в аппаратах, катодом (11.8) в которых является подина ванны, а анодом (11.7) – предварительно обожженные угольные блоки или самообжигающиеся электроды (11.2), погруженные в расплавленный электролит.

Электролиз Al₂O₃ можно представить следующей схемой:

в расплаве оксид алюминия диссоциирует:

Al₂O₃ = Al^{3 +} + AlO₃^3-,

на катоде восстанавливаются ионы Al^{3 +} :

Al^{3 +} + 3e^- → Al⁰,

на аноде окисляются ионы AlO₃^3-:

4AlO₃^3- — 12e^- → 2Al₂O₃ + 3O₂.

Суммарное уравнение процесса:

2Al₂O₃→ 4Al + 3O₂.

Жидкий алюминий собирается на дне электролизера.

Алюминий высокой чистоты (не более 0,05 % примесей) получают электролитическим рафинированием чернового алюминия. Для получения алюминия особой чистоты (не более 0,001 % примесей) применяют зонную плавку или химическую транспортную реакцию:

2Al (ж) + AlF₃ (г) = 3AlF (г).

По применению алюминий занимает одно из первых мест среди металлов. Это обусловлено ого невысокой плотностью, высокой прочностью, способностью пассироваться. Из алюминия изготавливаются химическая аппаратура, электрические провода, конденсаторы. Алюминиевая фольга (толщиной 0,005 мм) применяется в пищевой и фармацевтической промышленности для упаковки продуктов и препаратов.

Соединения алюминия с d-элементами — алюминиды (NiAl, Ni₃Al, CoAl, Ti₃Al, TiAl и др.) и их сплавы используются в качестве жаропрочных (до 1200 °С) материалов.

Использование в строительстве:

1. для дождевых стоков, покрытие крыш, производства трехслойных (с утеплителем) панелей для стен, сантехнических изделий, декоративных и отделочных работ.

б) порошок алюминия – серебристая масляная краска.

в) газообразование при производстве в особенности легких газобетонов по реакции:

Al + Ca(OH)₂=H₂ + Ca·Al₂O₃

г) сплавы:

дуралюмин (94% А1, 4% Сu, по 0,5% Mg, Mn, Fe и Si), силумин (85—90% А1, 10—14% Si, 0,1% Na) и др. Дюралюмин хорошо куется, по твердости относится к легким сталям, поддается прокату, но не способен к литью. Силумин, по прочности немного хуже, чем дюралюминий.

Сплавы алюминия широко применяются в автомобилестроении, судостроении, авиационной технике и пр. Из алюминиевого сплава был изготовлен первый искусственный спутник Земли.

Алюминий, кроме того, применяется как легирующая добавка ко многим сплавам для придания им жаростойкости.

3. Соединения алюминия.

Характерные координационные числа А1(III) равны 6 и 4, что соответствуют октаэдрическому и тетраэдрическому строению структурных единиц. Так, в кристаллическом А1С1₃ его координационное число 6. При растворении AIC1₃ в воде образуются октаэдрические акваионы [А1(Н₂О)₆]³⁺ . При растворении в неполярных растворителях или при возгонке образуются молекулы Al₂Cl₆

Поскольку для Al(III) наиболее типичны координационные числа 6 и 4, его бинарные соединения AlF₃, AlCI₃, Al₂O₃, Al₂S₃, A1N, AlH₃ в обычных условиях полимерны. Они представляют собой твердые вещества белого цвета.