Kimyo · Elementlar kimyosi · 9-sinf

Alyuminiy va uning birikmalari

Yengil alyuminiy nega zanglamaydi, lekin ham kislotada, ham ishqorda eriydi?

Vaziyat

Oshxonadagi alyuminiy qozon yillab zanglamaydi, samolyot korpusi esa alyuminiy qotishmasidan yasaladi — u temirdan qariyb uch marta yengil. Lekin shu metall kislotada ham, ishqorda ham vodorod chiqarib eriydi, shuning uchun alyuminiy idishda nordon yoki sho‘r ovqatni uzoq saqlash tavsiya etilmaydi. Loyqa ariq suvini tindirish uchun esa uning tuzi — achchiqtosh ishlatiladi. Faol metall nega havoda zanglamaydi va uning gidroksidi nega ham kislota, ham ishqor bilan reaksiyaga kirishadi?

Mavzu

Alyuminiy va uning birikmalari. Alyuminiy qozon va samolyot: yupqa oksid pardasi, kislotada ham ishqorda ham eruvchi metall va suvni tiniqlashtiruvchi achchiqtosh

Asosiy tushunchalar

Oksid pardasi
Amfoter gidroksid
Alyuminotermiya

Formulalar

2 Al + 2 NaOH + 6 H_{2} O \overset{}{\to} 2 Na [Al (OH)_{4}] + 3 H_{2}

Ishqorda oksid pardasi eriydi va metall suvdan vodorodni siqib chiqaradi: 2 mol Al → 3 mol H₂ (kislotada ham shuncha).

AlCl_{3} + 3 NaOH \overset{}{\to} Al (OH)_{3} ↓ + 3 NaCl Al (OH)_{3} + NaOH \overset{}{\to} Na [Al (OH)_{4}]

Al(OH)₃ — amfoter: 1 mol Al³⁺ ga 3 mol OH⁻ da cho‘kadi, to‘rtinchi OH⁻ da eriydi.

Fe_{2} O_{3} + 2 Al \overset{\overset{}{t}}{\to} 2 Fe + Al_{2} O_{3}

Alyuminotermiya: ΔH = −851,5 kJ, aralashma 2500 °C gacha qiziydi — temir suyuq holda ajraladi.

2 Al_{2} O_{3} + 3 C \overset{\overset{}{elektroliz}}{\to} 4 Al + 3 CO_{2} ↑

Xoll–Eru usuli: Al₂O₃ eritilgan kriolitda (≈ 960 °C); 1 kg Al ga ≈ 2980 A·soat, amalda 13–15 kVt·soat.

Al^{3 +} + H_{2} O \overset{}{⇌} AlOH^{2 +} + H^{+}

Alyuminiy tuzlari gidrolizlanadi — eritma kislotali: 0,1 mol/l AlCl₃ da pH ≈ 3,0.

Nazariya

Alyuminiy: o‘rni va fizik xossalari (25-§)

Alyuminiy Al — 13-element, 3-davr, III A guruh: $[Ne] 3 s^{2} 3 p^{1}$ — tashqi qavatida 3 ta elektron, birikmalarda doim +3. U Yer po‘stidagi eng ko‘p tarqalgan metall (massa bo‘yicha ≈ 8 %, kislorod va kremniydan keyin 3-o‘rin), lekin faolligi sababli faqat birikmalar holida uchraydi: boksit Al₂O₃·nH₂O (asosiy ruda), korund Al₂O₃, kaolin (gil), dala shpatlari, kriolit Na₃AlF₆. Alyuminiy — kumushsimon oq, yengil (ρ = 2,70 g/sm³, temirdan ≈ 2,9 marta yengil), 660,3 °C da suyuqlanadi, yumshoq va plastik: qalinligi 0,01 mm atrofidagi folgagacha yoyiladi. Elektr o‘tkazuvchanligi misnikining ≈ 63 % i, lekin bir xil massali alyuminiy sim mis simdan ikki baravar yaxshi o‘tkazadi — shuning uchun havo elektr liniyalari alyuminiydan.

Oksid pardasi va kimyoviy xossalari (26-§, 8-lab. ishi)

Alyuminiy faol metall ( $E^{\circ}$ = −1,66 V), lekin havoda bir zumda yupqa, zich oksid pardasi Al₂O₃ bilan qoplanadi — qalinligi bir necha nanometr (≈ 1–5 nm). Parda suv va havoni o‘tkazmaydi, shuning uchun alyuminiy suvda reaksiyaga kirishmaydi va zanglamaydi. Parda buzilsa, metall suv bilan ham reaksiyaga kirishadi: $2 Al + 6 H_{2} O \overset{}{\to} 2 Al (OH)_{3} + 3 H_{2}$ . Kislotada avval parda, keyin metall eriydi — tajribada gaz bir necha soniya kechikib chiqa boshlaydi: $2 Al + 6 HCl \overset{}{\to} 2 AlCl_{3} + 3 H_{2}$ . Ishqorda amfoter oksid ham, metall ham eriydi: $2 Al + 2 NaOH + 6 H_{2} O \overset{}{\to} 2 Na [Al (OH)_{4}] + 3 H_{2}$ . Ikkala holda ham 2 mol Al 3 mol H₂ beradi: 27 mg Al → 33,6 ml H₂ (n.sh.). Sovuq konsentrlangan nitrat va sulfat kislotalar alyuminiyni passivlaydi (parda qalinlashadi) — shuning uchun konsentrlangan nitrat kislota alyuminiy sisternalarda tashiladi. Kukun yoki folga holida alyuminiy yonadi: $4 Al + 3 O_{2} \overset{}{\to} 2 Al_{2} O_{3}$ .

Alyuminotermiya va alyuminiyning olinishi

Alyuminiyning kislorodga moyilligi juda katta, u ko‘p metallarni oksidlaridan siqib chiqaradi — alyuminotermiya: $Fe_{2} O_{3} + 2 Al \overset{}{\to} 2 Fe + Al_{2} O_{3}$ , ΔH = −851,5 kJ. Termit aralashmasi (massa bo‘yicha ≈ 3 : 1) 2500 °C gacha qiziydi va temir suyuq holda oqadi — temir yo‘l relslarini payvandlash shunga asoslangan (H. Goldshmidt, 1893). Xrom va marganets ham shunday olinadi: $Cr_{2} O_{3} + 2 Al \overset{}{\to} 2 Cr + Al_{2} O_{3}$ . Alyuminiyning o‘zi esa faqat elektroliz bilan olinadi (Xoll–Eru usuli, 1886): Al₂O₃ (suyuqlanish harorati 2072 °C) ≈ 950–980 °C li suyuq kriolitda eritiladi; katod — vanna tubidagi suyuq alyuminiy, anod — uglerod bloklar, ular ajralgan kislorodda yonib CO₂ ga aylanadi. 1 kg Al uchun $Q = \frac{m}{M} z F$ ≈ 2980 A·soat zaryad kerak; 4,0–4,2 V kuchlanishda amalda 13–15 kVt·soat elektr energiya sarflanadi. Qayta eritish shu energiyaning ≈ 95 % ini tejaydi. O‘zbekistonda birlamchi alyuminiy (elektroliz) zavodi yo‘q.

Qotishmalar va ishlatilishi (9-lab. ishi)

Toza alyuminiy yumshoq, shuning uchun buyumlar ko‘pincha uning qotishmalaridan yasaladi: duralyumin (Al + ≈ 4,4 % Cu, 1,5 % Mg, 0,6 % Mn; ρ ≈ 2,78 g/sm³) termik ishlovdan keyin toza alyuminiydan bir necha marta mustahkam — samolyot qobig‘i va qovurg‘alari undan; silumin (Al + ≈ 12 % Si) yaxshi quyiladi — dvigatel va nasos korpuslari; magnaliy (Al + Mg) dengiz suviga chidamli. Laboratoriya ishida namunalarning rangi, yaltiroqligi va qattiqligi ko‘zdan kechiriladi, zichligi o‘lchanadi: $ρ = m / V$ , hajm — o‘lchov silindridagi suv sathining ko‘tarilishidan. Alyuminiy oshxona idishlari, folga, ichimlik bankalari, deraza profillari, elektr simlari va avtomobil qismlarida ishlatiladi; kukuni — «kumush» bo‘yoq va pirotexnikada.

Birikmalari: Al₂O₃, Al(OH)₃ va tuzlar (27-§, 10–11-lab.)

Al₂O₃ — oq, juda qattiq, suvda erimaydigan amfoter oksid: $Al_{2} O_{3} + 6 HCl \overset{}{\to} 2 AlCl_{3} + 3 H_{2} O$ , $Al_{2} O_{3} + 2 NaOH + 3 H_{2} O \overset{}{\to} 2 Na [Al (OH)_{4}]$ ; tabiiy kristali korund, uning rangli turlari — yoqut (Cr³⁺ qo‘shimchasi) va sapfir. Al(OH)₃ — oq dirildoq cho‘kma, tuz eritmasiga ishqor tomizilganda tushadi: $Al^{3 +} + 3 OH^{-} \overset{}{\to} Al (OH)_{3}$ . U amfoter: kislotada ham ( $Al (OH)_{3} + 3 HCl \overset{}{\to} AlCl_{3} + 3 H_{2} O$ ), ishqorning ortig‘ida ham eriydi ( $Al (OH)_{3} + OH^{-} \overset{}{\to} [Al (OH)_{4}]^{-}$ , tetragidroksoalyuminat ioni). Shuning uchun Al(OH)₃ ni ammiak suvi bilan olish qulay — uning ortig‘ida cho‘kma erimaydi. Alyuminiy tuzlari suvda gidrolizlanadi: akvaion H⁺ beradi ( $Al^{3 +} + H_{2} O \overset{}{⇌} AlOH^{2 +} + H^{+}$ ) — eritma kislotali, lakmus qizaradi (0,1 mol/l AlCl₃ da pH ≈ 3,0). Achchiqtosh $KAl (SO_{4})_{2} \cdot 12 H_{2} O$ — qo‘sh tuz; suvdagi gidrokarbonatlar bilan Al(OH)₃ parchalarini hosil qiladi ( $Al^{3 +} + 3 HCO_{3}^{-} \overset{}{\to} Al (OH)_{3} + 3 CO_{2}$ ), parchalar loy zarralarini yopishtirib cho‘kadi va suv tiniqlashadi. Alyuminiy sulfat va achchiqtosh suv tozalashda koagulyant sifatida ishlatiladi; Al(OH)₃ — me’da kislotaligini kamaytiruvchi dorilar tarkibida.

Xavfsizlik va model

Xavfsizlik: kislota va ishqor bilan himoya ko‘zoynagi va qo‘lqopda ishlang; ishqor ko‘zga tushsa — darhol ko‘p suv bilan yuving. Probirka og‘zini o‘zingizga va boshqalarga qaratmang. Vodorod havo bilan portlovchi aralashma hosil qiladi — yaqinida olov yoqmang. Termit reaksiyasini faqat o‘qituvchi, ochiq havoda yoki tortish shkafida, qum ustida va uzoqdan ko‘rsatadi: suyuq temir sachraydi, alangaga tik qaramang. Model: reaksiya tezliklari sifat jihatdan berilgan (parda — kechikish, granula — kichrayuvchi shar) va vaqt qisqartirilgan; gaz hajmi n.sh. ga keltirilgan va tenglama bo‘yicha aniq. Cho‘kma miqdori stexiometriya bo‘yicha: oxirgi holat qo‘shilgan mollarga bog‘liq. Tuz eritmalarining pH i zaryad balansidan (25 °C, akvaionning birinchi gidroliz bosqichi, lg K = −4,97). Suv tiniqlashi — soddalashtirilgan model (1 s ≈ 1 min). Elektrolizyor — masshtabsiz maket, kuchlanish 4,2 V va tok bo‘yicha unum 94 % deb olingan.

Bilasizmi?

Alyuminiyni elektroliz bilan arzon olish usulini 1886-yilda bir-biridan bexabar ikki kishi — AQSHda Charlz Xoll va Fransiyada Pol Eru kashf qilgan. Qizig‘i, ikkalasi ham 1863-yilda tug‘ilgan va 1914-yilda vafot etgan.
O‘zbekistonda birlamchi alyuminiy (elektroliz) zavodi yo‘q: alyuminiy profillar va simlar chetdan keltirilgan yoki qayta eritilgan metalldan tayyorlanadi. Angren konidagi kaolin gilidan glinozem (Al₂O₃) olish loyihalari o‘rganilmoqda.

Tajribada nima bor

Tajriba hayotiy vaziyatdan boshlanadi: natijani taxmin qilasiz, boshqaruvlarni o‘zgartirib tajriba o‘tkazasiz va xulosa chiqarasiz. Ichida topshiriqlar, nazariya, test va ekskursiya bor — kamera o‘zi harakatlanib, eng muhim joylarni tushuntiradi.

Shu bo‘limdagi boshqa tajribalar

Uglerod va uning birikmalari — 9-sinf
Kremniy va silikatlar — 9-sinf
Cho‘yan va po‘lat olish — 9-sinf
Metallar va qotishmalar — 9-sinf
Ishqoriy metallar va soda — 9-sinf
Mis, kumush, oltin va rux — 9-sinf
Xrom va marganets: rangli ionlar — 9-sinf
Temir va uning birikmalari — 9-sinf
s- va p-elementlar qonuniyatlari — 1-kurs
d- va f-elementlar: rang, redoks — 1-kurs