Дослідження протикорозійних властивостей електрометалізаційних алюмінієвих покриттів

курсовая работа

1. ХАРАКТЕРИСТИКА АЛЮМІНІЮ

Алюміній (Al) -- хімічний елемент III групи періодичної системи, його атомний номер 13, відносна атомна маса 26,9815. В природі існує єдиний стабільний ізотоп 27Al. Третій за вмістом елемент (і найпоширеніший метал) земної кори (після кисню і кремнію). На його частку припадає 8% маси земної кори. Основна маса його зосереджена в алюмосилікатах -- сполуках Алюмінію з Силіцієм. Продуктом руйнування цих гірських порід є глина, а з інших мінералів, утворених Алюмінієм, найбільше значення мають боксит, корунд, і кріоліт. Вперше чистий алюміній був отриманий Велером у 1827 році при взаємодії алюміній хлориду з металевим калієм. Однак, незважаючи на широку поширеність у природі, до кінця XIX століття алюміній належав до числа рідкісних металів. Сьогодні у промисловості алюміній одержують електролізом глинозему Аl203, у розплавленому кріоліті.

У періодичній системі Менделєєва Алюміній знаходиться в третьому періоді, у головній підгрупі третьої групи Заряд ядра +13 . Найбільш характерний ступінь окиснювання атома Алюмінію +3. Негативний ступінь окиснювання проявляється рідко. Електронна конфігурація атома Алюмінію:1s2 2s22p63s2.

Алюміній - типовий амфотерний елемент, він утворює як аніонні, так і катіонні комплекси. У вигляді простої речовини алюміній - сріблясто-білий, досить щільний метал із густиною 2,7 г/см3 температурою плавлення 660 °С і температурою кипіння 2500 °С. Кристалічний алюміній має гранецентровану кубічну решітку. Характеризується високою тягучістю, високою тепло- електропровідністю. З цим повязане його використання у виробництві електричних дротів, при однаковій електричній провідності алюмінієвий дріт удвічі легший за мідний. На повітрі алюміній вкривається найтоншою (0,00001 мм), але дуже щільною плівкою оксиду Аl203, що вберігає метал від подальшого окиснення і надає йому матового вигляду. Алюміній легко витягується в дріт і сплощується в тонкі листи. Алюмінієва фольга (завтовшки 0,005 мм) застосовується для упакування в харчовій і фармацевтичній промисловості.

Основну масу алюмінію використовують для отримання різних сплавів, які крім високих механічних властивостей характеризуються своєю легкістю. Найважливіші і цих сплавів - дюралюміній (94 % Аl; 4 % Сu; по 0.5 % Mg,Mn, Fe, Si) і силумін (сплав Al-Si). Алюмінієві сплави застосовують в ракетній техніці, в приладобудуванні, виробництві посуду й у багатьох інших галузях промисловості. За широтою застосування сплави алюмінію займають третє місце після сталі й чавуну. Алюміній, крім того, застосовується й у вигляді добавки до багатьох сплавів з метою надання їм жаростійкості. При розжарюванні подрібненого алюмінію він енергійно згоряє на повітрі. Алюміній помітно розчиняється в розчинах солей, що мають внаслідок їхнього гідролізу кислу або лужну реакцію, наприклад, у розчині Na2CO3. В усіх своїх стійких сполуках Алюміній тривалентний, у ряді напруг він розташовується між Mg і Zn.

Реакція сполучення алюмінію і кисню супроводжується виділенням величезної кількості тепла. Ця властивість знайшла застосування у зварюванні сталевих частин, зокрема стиків трамвайних рейок. Ця суміш складається зазвичай з порошків алюмінію й феруму оксиду Fe304, а підпалюється вона за допомогою запалу із суміші Аl і Ва02. Основна реакція йде за рівнянням:

8Аl + 3Fe304 -> 4Аl203, + 9Fe + 3350 кДж.

Температура при цьому сягає 3000 °С. Алюмінію оксид - це біла, дуже тугоплавка й нерозчинна у воді маса. Природний Аl203 (мінерал корунд) відрізняється великою твердістю й стійкістю до кислот. Він застосовується для виготовлення шліфувальних кругів, брусків, наждаку. Червоний рубін (корунд із домішкою хрому) і синій сапфір (корунд із домішками заліза й титану) -- дорогоцінні камені. Їх одержують також штучно і використовують для технічних цілей, наприклад, для виготовлення деталей точних приладів, каменів у годинниках тощо. Кристали рубінів, що містять малу домішку Сr203, застосовують для створення лазерних випромінювачів. Алюміній гідроксид Аl(ОН)3, - драглистий осад білого кольору, який майже не розчиняться у воді, але легко розчиняється в кислотах і лугах. Отже, він має аморфний характер. Однак і основні, і особливо, кислотні його властивості виражені досить слабко. При взаємодії його із сильними лугами утворюються відповідні солі -- алюмінати:

NaOH + Al(OH), -> Na[Al(OH)4].

Алюмінати найбільш активних одновалентних металів у воді розчиняються добре, але через сильний гідроліз їхні розчини стійкі лише при наявності надлишку лугу. Алюмінати, шо походять від слабших основ, гідролізуються в розчині практично повністю і тому можуть бути отримані тільки сухим шляхом -- сплавленням А1203 з оксидами відповідних металів. З кислотами Аl(ОН)3, утворює солі. Солі Al більшості сильних кислот добре розчиняються у воді, при цьому досить сильно гідролізовані. Унаслідок цього сульфід, карбонат, ціанід і деякі інші солі. алюмінію з водних розчинів отримати не вдається. У водному середовищі аніон Аl3+ безпосередньо оточений шістьма молекулами води. Такий гідратований іон трохи дисоційований (тобто розділений на два більш простих іони) за схемою:

[Al(OH2)6]3+ + Н20 -> [А1(ОН2)5]2+ ОН-

Унаслідок дисоціації цей іон є слабкою кислотою, близької за силою до оцтової.

Сполуки Алюмінію, Силіцію та Оксигену з лужними металами (алюмосилікати) утворюють польові шпати, на частку яких припадає більше половини маси земної кори. Головні їхні представники -- мінерали: ортоклаз K2Al2Si6016, альбіт Na2Al2Si1O16, анортит CaAl2Si2O8,а також мінерали групи слюд (наприклад мусковіт). Мінерал нефелін KNa3[AlSiO4]4 використовується для виробництва цементу. Деякі алюмосилікати мають пухку структуру і здатні обмінюватися іонами з іншими сполуками. Такі алюмосилікати, природні й особливо штучні, застосовуються для помякшення водопровідної води. Крім того, завдяки своїй сильно розвинутій поверхні, їх використовуються як матеріали, що просочуються каталізаторами і застосовуються в хімічній промисловості. Сполуки Алюмінію з галогенами (галогеніди) у звичайних умовах -- безбарвні кристалічні речовини. Серед них за властивостями сильно вирізняється алюмінію фторид AlF3. Він мало розчиняється у воді, хімічно неактивний. Сполуки Алюмінію з Хлором, Бромом і Йодом, легкоплавкі, досить реакційноздатні і добре розчиняються не тільки у воді, але й у багатьох хімічних розчинниках. Взаємодія алюмінію галогенідів з водою супроводжується значним виділенням теплоти. Уводному розчині усі вони сильно гідролізовані. Унаслідок гідролізу алюмінію хлорид, бромід і йодид димлять у вологому повітрі. Вони можуть бути отримані прямою взаємодією простих речовин.

Алюміній сульфат Al2(S04)3 * 18Н20 отримують при дії гарячої сірчаної кислоти на алюміній оксид. Застосовується він для очищення води, а також при виготовленні деяких сортів паперу. Алюмокалієві галуни KAl(S04)2 * 12Н20 застосовують у великих кількостях для дублення шкір, а також у фарбувальній справі, як травник для бавовняних тканин.

З інших сполук Алюмінію слід згадати його ацетат або оцтовокислу сіль Аl(СН3СОО)3, що використовується при фарбуванні тканин і в медицині. Алюміній нітрат легко розчиняється у воді. Алюмінію фосфат не розчиняється у воді й оцтовій кислоті, але розчиняється у сильних кислотах і лугах.

Як правило, рослини містять мало Алюмінію, хоча великі кількості цього елемента є в бруньках. Ще меншим є його вміст у тваринних організмах. У людини він складає лише десятитисячні частки відсотка за масою. Біологічна роль Алюмінію не зясована; відомо лише те, що його сполуки не отруйні ні для людини, ні для тварин.

Порошкоподібний алюміній при температурі вище 800 °C утворює з азотом алюмінію нітрид. При взаємодії атомарного водню з парами алюмінію при ?196 °C утворюється гідрид (AlH)x(x=1, 2). Вище 200 °C алюміній реагує з сіркою даючи сульфід Al2S3. З фосфором при 500 °C утворює фосфід AlP. При взаємодії розплавленого алюмінію з бором утворюються бориди AlB2, AlB12. При 1200 °C алюміній реагує з вуглецем утворюючи карбід алюмінію Al4C3. В присутності розплавлених солей (кріоліт та ін.) ця реакція протікає при меншій температурі -- 1000 °C. Вище 800 °C можуть утворюватись сполуки одновалентного алюмінію, наприклад

З рядом металів і неметалів алюміній утворює сплави, які містять інерметалічні сполуки-- алюмініди, зазвичай досить тугоплавкі і володіють високою твердістю і жаростійкістю.

Завдяки утворенню оксидної плівки алюміній досить стійкий не тільки на повітрі, а й у воді. З водою алюміній не взаємодіє навіть при нагріванні. Але коли оксидну плівку зруйнувати, алюміній енергійно взаємодіє з водою, витісняючи водень:

Алюміній має амфотерні властивості, він реагує з кислотами і лугами.

Він легко взаємодіє з розбавленими азотною і сільфатною кислотами:

Дуже розбавлені, а також дуже міцні HNO3 і H2SO4 на алюміній майже не діють. У відношенні до ортофосфатної і нітратної кислот алюміній стійкий. Чистий метал також стійкий до хлоридної кислоти ,але звичайний технічний в ній розчиняється.

У розчинах сильних лугів (NaOH, КОН) алюміній розчиняється з виділенням водню і утворенням алюмінатів:

Делись добром ;)