электрондары кеміп, сонымен қатар бос тұрған валенттік орбитальдар саны өсе береді. Осының салдарынан қос электронды байланыстың беріктігі әлсіреп, орнықпаған электрондар арқылы туатын байланыстар өсіп, одан металдық байланыстар тууға бейімділік күшейеді.
Алюминий бор сияқты р-элемент, сыртқы валенттік электрондарының саны бірдей болғандықтан ұқсастығы да көп, алайда
сырттан екінші қабат өзгеше, әсіресе алюминийде 3d – орбитальдардың бар болуы, оның үстіне атомдардың құрамының әр түрлі
болуы олардың қасиеттерінде айырмашылық тудырады.
Алюминий бор сияқты тотығып, оң үш валенттік көрсетеді, теріс валенттік білдіруі бордан да сирегірек.
Алюминий – нағыз амфотерлі элемент. Алюминий қосылыстарының көпшілігінде sp³ – гибрид және sp³d² – гибридтену күйінде де
жиі болады.
Алюминийдің бордан айырмашылығы, оның Al-O-Al тізбегі B-O-B сияқты су әрекетінен үзіліп кетпейді, сондықтан алюминийдің
оттекті қосылыстары тұрақты, табиғатта да жиі кездеседі.
Жер қыртысында бар металдардың ең көбі алюминий. Бұл қосылыс түрінде болады. Алюминий алуға жарайтын қосылыстар
боксит Al2O3·xH2O, алунит K2SO4·xAl2(SO4)3·yAl2O3·zH2O, нефелин 4Na2O·4Al2O3·9SiO2. Бұлардың ішінде әзірше алюминий
алу үшін көбірек қолданып келе жатқаны боксит.
Біздің елде алюминийлі кендер өте көп. Бокситке бай жерлер Қазақстанда Торғай алқабында, Орал тауында, Ресейде,
Башқұртстанда бар, сонымен қатар Хибинда апатитпен аралас нефелин бар, Сібірде де алюминий кендері көп.
Алюминий алу. Бокситтің формуласын алюминий оксиді түрінде жазғанмен, ол оның ішіндегі негізгісі ғана , алюминий оксидінен
басқа онда SiO2 (2-20%) және Fe2O3 болады.
Алюминий алудағы технологияның бас міндеті осы қоспалардан арылу. Бокситтен алюминий алудың екі сатысы бар.
1. Бокситтен глинозем (Al2O3) алу, ішінде SiO2 – 0,2%, Fe2O3 – 0.04%-тен артық болмау керек.
2. глиноземнен алюминий алу.
Бірінші сатыны өткізу үшін Байер (Ресей) ұсынған сілтілік әдісті қолданады. Ол үшін бокситті ұсатып, автоклавқа салып, NaOH не Na2CO3 ерітіндісімен шаймалайды. Сонда:
Al2O3+2NaOH=2NaAlO2+H2O
реакцияның нәтижесінен алюминий алюминат түрінде ерітіндіге көшіп, SiO2 мен Fe2O3 тұнбада қалады.
Реакцияның шарттары: NaOH – 300г/л; t 20º, қысым 1215 кПа, уақыты 3-3,5 сағат.
Енді алюминат ерітіндісін су араластырып сұйылтса, ол гидролизденеді:
NaAlO2+2H2O↔NaOH+↓Al(OH)3
Кристалданған Al(OH)3 сүзіп алып, айналмалы пеште 1200º-та суынан айырады:
2Al(OH)3=Al2O3+3H2O
Қалған NaOH қайтадан процеске қосылады.
Бокситтен глинозем алудың электртермиялық әдісі де бар, оны Кузнецов-Жуковский ұсынған.
Боксит пен әктасты араластырып доғалы электр пеште 2000ºС-та балқытады, соның нәтижесінде SiO2 мен Fe2O3 тотықсызданып ферросилиций құймасы түзіледі, ал Al2O3 пен CaO шлак Ca(AlO2)2 түзеді. Шлакты NaOH немесе Na2CO3 ерітіндісімен шаймалайды.
Ca(AlO2)2+2NaOH=Ca(OH)2↓+2NaAlO2
NaAlO2 ерітіндісін сілтілік әдістегідей глиноземға айналдырады.
Алюминий өндірісінің екінші сатысы глиноземнен алюминий алу. Оны электр пештерінде өткізеді. Темір жәшіктің іші табақ-табақ графитпен қапталады, осы графит әрі катод қызметін атқарады; анод та көмір не графиттен жасалады.
Электролит ретінде криолит (3NaF·AlF3) алынады, 950 градуста криолитта глинозем жақсы ериді, электролиз сол температурада жүргізіледі. Алюминий катодта, оттек анодта бөлініп шығады. Бұл процестің ғылыми негізін өркендетуде П.П.Федотьев үлкен еңбек сіңірді.
Алюминийдің физикалық және химиялық қасиеттері. Алюминиийкүмістей ақ, жұмсақметал. Сығылғыш, созылғыш, жайылғыш қасиеттері алтыннан ғана төменірек. Электрөткізгіштігі мыстан төменірек, бірақ мыс және алюминийден жасаған электрөткізгіш сымдарды, көлдеңенін емес, салмағын салыстырса, алюминий жеңіл, сондықтан ол электрөткізгіш жасауда мыстың орнына жұмсалады. Алюминиий өте жеңіл, айталық темірден үш есе жеңіл, сондықтан транспорт құралдарын (цистерналар, вагон, ұшақ т.б бөлімдерін) жасуға таптырмайтын металл. Алюминиий өте жұмсақ болғандықтан оның түрлі құймалары қолданылады. Алюминиийдің дуралюмин (95% Al, 4% Cu, 0,5% Mg, 0,5% Mn) магналий (12% Mg), силумин (10-14% Si, 0,1% Na) құймалары бар.
Шойын және болаттан жасалған заттарды балқыған алюминийге батырып алса, алюминий қызған шойынның өте тар саңылауларына сіңіп онымен қатты ерітінді түзеді, бұдан ол заттар 900º дейін тотықпайтын болады. бұл процесті алитирлеу деп атайды. Алюминиийдің ұнтағын – бояу ретінде, кейбір қопарғыш заттар құрамында, зымыран жасауда және алюминотермияға қолданады. Үй тұрмысында керекті бұйымдар (кастрөл, қасық, қазан т.б.) жасауға да алюминийдің жұмсалатыны мәлім.
Алюминийдің қосылыстары қалыпты жағдайда полимерлі заттар, сондықтан барлығы қатты заттар.
Алюминиий оксидінің 9 модификациясы бар, тұрақтысы альфа- Al2O3 (ромбоэдрлы торлы) мен у- Al2O3 (куб торлы). Алюминий оксиді Al2O3 оны глинозем деп те атайды; табиғатта корунд деп аталатын минерал түрінде кездеседі. Корундтың қаттылығы 9, қайрақтас ретінде қолданады. Корундқа басқа заттар араласса, мысалы хром араласса, қызыл түсті болады, оны рубин дейді, темір мен титан араласса көк түсті болады, оны сапфир дейді. Рубин мен сапфир асыл тастар қатарына жатады. Рубиндерді қазір қолдан жасайтын болды, олар дәл аспаптар механизміне, сағат тасы ретінде және әшекей заттардың сақина, түйреуіш т.б. көзіне салынады. Корундтың ұсақ түрі наждак, егеу, құм ретінде, бокситтен жасалған алунд (Al2O3) деген зат та қолданылады. Al2O3 –кристалдық модификациясы өте тұрақты, сумен және қышқылдармен әрекеттеседі. Сілтілермен көп уақыт қыздырғанда ыдырайды. Диалюминий триоксидінің негізгі қолданылатын саласы – металдық алюминийді өңдіру.
Алюминий бейметалдармен, оның ішінде оттекпен, галогендермен өте шабыт қосылысатындығына қарамай ол ауамен, сумен жанасқанда коррозияға ұшырамайды. Алюминий гидроксиді полимерлі зат, лабораторияда Al(OH)3 алюминий тұздарының сілтілермен реакцияласуында түзіледі, өзі кілегейленген коллоидтық күйде болатын зат. Тұнбаның құрамы мен құрылымы алу жағдайы мен сақтау жағдайына тәуелді. Гидроксидті алатын реакция теңдеуі
Al³+ + 3OHˉ=Al(OH)3↓+3HCl
Оның түзілу механизмінің күрделілігін толық көрсете алмайды. Гидроксидті алу сұлбасын былай көрсетуге болады. сілтімен әрекеттескенде OHˉ иондары автокомплекстердегі [Al(OH)2]³+ біртіндеп су молекулаларыныңорынын басады:
[Al(OH2)6]³++OHˉ=[Al(OH)3(OH2)5]²+ + H2O
[Al(OH)(OH2)5]²+ + OHˉ=[Al(OH)3(OH2)3]º+ H2O
Осымен қатар бір мезгілде полимеризация жүріп, көп ядролы комплекстер түзіледі, ең соңында ауыспалы құрамды Al2O3·nH2O тұнбасы пайда болады.
Біраз тұрғаннан кейін тұнба біртіндеп кристалдық Al(OH)3-ке ауысады және өзінің активтігін жоғалтып «ескіреді». Кристалдық Al(OH)3-ті алюминаттың сілтілік ерітіндісі арқылы CO2 жіберіп те алуға болады.
Al(OH)3 – нағыз амфотерлі гидроксид:
Al(OH)3+3HCl=AlCl3+3H2O
Al(OH)3+NaOH=Na[Al(OH)4]
Na[Al(OH)4] – натрий алюминаты.
Алюминий сілтіде ерігенде де алюминат түзіледі.
2Al+2NaOH+6H2O=2Na[Al(OH)4]+3H2↑
Қалыпты температурада алюминий галогендермен әрекеттесіп, галогенидтер түзеді, мысалы:
2Al+3F2=2AlF3
Басқа галогенидтерге қарағанда AlF3 алюминий фторидінің қасиеті өзгеше. Ол суда ерімейді, қыздырғанда балқымайды, (1040º С) бірден буланады, химиялық активсіз. Алюминий хлориді, бромиді, йодиді ковалентті димерленген қосылыстар қалыпты жағдайда оңай балқитын кристалдық заттар. Қалыпты температурада ұшқыш, өте ылғал тартқыш. Суда және органикалық еріткіштерде жақсы ериді. Алюминийдің тұздарында Al³+ ионы түссіз болады. күшті қышқылдардың тұздары суда жап-жақсы ериді. Ерітінділерде гидролизденіп қышқылдық реакция көрсетеді:
AlCl3+H2O↔AlOHCl2+HCl
Al³+ +H2O↔AlOH²++H+
Алюминийдің тұздарының ішінде маңыздылары:
Алюминий трихлориді AlCl3. Алюминий хлормен тікелей реакцияласқанда AlCl3 түзіледі. Бұл органикалық синтездерде катализатор ретінде тұтынылады. Гидраты AlCl3+6H2O.
Алюминий сульфаты Al2(SO4)3·18H2O күкірт қышқылымен глинозем арасындағы реакциядан түзіледі. Су тазалауда, қағаз өндірісінде қолданады.
Алюминий ашудасы KAl2(SO4)2·12H2O – алюминийдің техникалық маңызы зор тұзы, көп мөлшерде тері илеуде, мата бояуда қолданылады.
Ультрамарин – көк бояу, кір жуғанда ніл ретінде қолданылады. Бұл Na2S пен алюмосиликаттың қосылысы. Оны жасау үшін каолин, күкірт және соданы араластырып қыздырады.
52. Кремний. Төртінші негізгі топтың көміртектен соңғы келесі элементі – кремний. Кремний, жаратылыста таралуы жағынан салмақ пайызы бойынша оттектен кейін екінші орын алады. Көміртек органикалық заттардың құрамындағы негізгі элемент болатын болса, кремний жер қыртысын түзетін минералдық заттардың құрамындағы негізгіэлемент. Кремний жаратылыста қосылыстар түрінде ғана болдаы; ол қосылыстары: кремний қос тотығы SiO2 (кварц, құм), жер қыртысының негізгі массасы силикатты жыныстар (далалық шпат, слюда каолин т.б.). Кремнийдің тұрақты үш изотопы бар: 28Si (92,27%), 29Si (4,68%), 30Si (3,05%).