Alumínio
Propriedades e compostos de alumínio.
O metal alumínio, cujo nome deriva da alumina, um de seus minerais, foi preparado pela primeira vez pela HCOersted em 1825.
O alumínio, depois do oxigênio e do silício, é o elemento mais abundante na litosfera, do qual representa cerca de 8%.
Está presente na forma de silicatos e óxidos em muitos minerais da crosta terrestre, por exemplo em feldspato, mica, argila e corindo.
As variedades geológicas do corindo são rubi e safira (ambas com fórmula AldoisOU3)
É um metal branco prateado, excelente condutor de eletricidade e calor, leve (tem um peso específico igual a aproximadamente um terço do ferro), dúctil e maleável.
O alumínio é um metal altamente eletropositivo. e sendo parte do grupo III, apresenta apenas o estado de oxidação +3.
Possui alta afinidade pelo oxigênio e, se finamente dividido, pode queimar no ar para formar óxido de AI.doisOU3 com uma reação fortemente exotérmica (veja o vídeo da reação química); No entanto, puro e compacto, praticamente não é afetado pelo ar e pela água, pois é rapidamente coberto com uma fina película de óxido impenetrável que o protege de mais oxidação (passivação).
É atacada (mais rapidamente se for impura) com o desenvolvimento de hidrogênio a partir de ácidos não oxidantes, como o ácido clorídrico e também o ácido fosfórico diluído, e é atacada fracamente com ácidos orgânicos quando quente, enquanto é “passiva” quando não é dissolver em ácidos oxidantes, como ácido nítrico concentrado
Dado seu caráter anfotérico, também é facilmente atacado por álcalis com a formação dos aluminatos correspondentes:
2Al + 2OH– + 6HdoisO → 2[Al(OH)[Al(OH)[Al(OH)[Al(OH)4 4]– + 3Hdois
Com sais de mercúrio, forma facilmente um amálgama que decompõe a água com o desenvolvimento de hidrogênio. Finalmente, o alumínio reage facilmente com halogênios e, a altas temperaturas, com enxofre, nitrogênio e fósforo; Também forma muitos compostos intermetálicos em suas ligas.
A uma temperatura de 20 ° C, a densidade do alumínio é igual a 2699 kg / m.3; na mesma temperatura, a gravidade específica do alumínio é 26477 N / m3)
O calor específico do alumínio é Cs = 0,215 cal / (g · ° C).
A temperatura de fusão do alumínio é 660,3 ° C.
Compostos de alumínio
A ligação iônica é a ligação presente nos compostos de alumínio; em sais anidros existe o íon Al3+, que em solução aquosa, dada a sua pequena dimensão e grande carga, hidrata, dando origem a complexos tetra ou hexacoordenados que tendem a dar protões, por exemplo
[Al(H[Al(H[Al(H[Al(HdoisOU)6 6]3+ + HdoisOU <==> Al[(OH)(H[(OH)(H[(OH)(H[(OH)(HdoisOU)5 5]2+ + H3OU+
Balanças desse tipo levam, em um ambiente básico no qual se deslocam para a direita, a formação do íon hidroxialuminato Al[(OH)[(OH)[(OH)[(OH)4 4(HdoisOU)dois]–.
EU ‘óxido de alumínio AldoisOU3, comumente chamado de alumina, o ponto de partida para a produção industrial de alumínio. Também é usado como material absorvente para cromatografia, como catalisador ou suporte de catalisador, como material para a produção de refratários, abrasivos e pedras sintéticas.
EU ‘hidróxido de alumínio Al (OH)3, existe em várias formas cristalinas (hidrargilita, bayerita, etc.), bem como na forma de um gel amorfo. É uma base muito fraca, pelo que todos os sais de alumínio hidrolisam em solução aquosa; Dado seu caráter anfotérico, é solúvel em ácidos (dá sais) e bases (dá aluminatos), formando uma série completa de íons complexos (geralmente hexacoordenados) com íons OH– e moléculas HdoisOU.
a cloreto de alumínio AlCl3, é o mais importante dos halogenetos de alumínio; É um sólido branco higroscópico que fuma no ar, fortemente hidrolisado em uma solução aquosa onde libera HCl. À temperatura ambiente, possui uma fórmula correspondente ao dímero AldoisCl6 6estrutura iônica; em alguns solventes capazes de coordenação (por exemplo, éter e piridina) e a altas temperaturas, há dissociação nas moléculas de AlCl3. É obtido industrialmente por reação direta entre cloro e alumínio fundido. Anidro, é amplamente utilizado como catalisador devido à sua característica do ácido de Lewis, ou seja, do aceitador de elétrons.
a sulfato de alumínio[Al[Al[Al[Aldois(TÃO4 4)3] existe na natureza como um hidrato e na forma de sulfatos duplos; É um sal muito solúvel em água, onde é altamente hidrolisado. O hidrato de Al geralmente cristaliza em soluções aquosasdois(TÃO4 4)318HdoisOu, mas a existência de outros hidratos que contêm de 6 a 27 moléculas de água é conhecida. É obtido industrialmente reagindo com bauxitas de ácido sulfúrico quente com baixo teor de hidróxido de ferro ou alumínio; É usado na purificação de água, como agente de branqueamento em várias indústrias, como mordente na indústria de corantes e na indústria de papel.
EU ‘acetato de alumínio Al (CH3COO)3 Pode ser obtido dissolvendo o alumínio em uma mistura de ácido acético-anidrido acético; É usado como gelatinizador para óleos lubrificantes e como mordente na tintura com corantes do tipo alizarina.
a alluminoalchili São compostos organometálicos que contêm pelo menos uma ligação covalente alumínio-carbono. Conhecidos há algum tempo, eles adquiriram importância industrial apenas nas últimas décadas, especialmente como componentes (geralmente associados a sais de titânio ou vanádio) dos sistemas catalíticos (chamados Ziegler-Natta) utilizados para a polimerização de alcenos. Eles também são usados como reagentes alquilantes em muitas sínteses orgânicas.
Rubi
Uso de alumínio
Depois do ferro o alumínio é um dos metais mais utilizados industrialmente, especialmente por sua leveza, alta condutividade elétrica e térmica, alta plasticidade e grande resistência à corrosão.
As características mecânicas do alumínio puro (em particular a carga de ruptura por tração) são bastante precárias, mas podem ser radicalmente melhoradas em ligas com outros metais; por exemplo, para algumas ligas Al-Zn-Mg-Cu, valores de resistência à tração comparáveis aos do aço podem ser alcançados. Por esses motivos, aproximadamente 60% da produção de alumínio é utilizada em ligas, principalmente com Mg, Si e Cu.
O alumínio puro também é usado em engenharia elétrica para a fabricação de condutores elétricos para linhas de alta tensão e em embalagens (produção de chapas e recipientes finos, etc.)
Na Primeira Guerra Mundial, o alumínio também foi usado pela indústria de guerra para a produção do explosivo chamado “Ammonal”.
Aproveitando sua alta eletropositividade, o alumínio também é usado no processo chamado aluminotermia. Esse processo permite que metais puros (Fe, Cr, Mn, W, etc.) sejam preparados a partir de seus óxidos. A temperatura sobe para valores muito altos (até 2800 ° C). O metal reduzido é coletado no estado fundido na parte inferior do recipiente.
2 Al + FedoisOU3 → paradoisOU3 + 2 Fé
Tal mistura de Al e FédoisOU3 usado na aluminotermia, durante a Segunda Guerra Mundial, também encontrou aplicação como uma mistura incendiária com o nome de “Cupim”.
O alumínio também é usado na fabricação de hidrofólios e na produção de ligas “alnico”.
Método de produção de alumínio
Atualmente, quase todo o alumínio é produzido por eletrólise a partir de uma solução de alumina (óxido de alumínio, AldoisOU3) com alta pureza (aproximadamente 99,5%) em criolito fundido, a aproximadamente 1000 ° C (Julgamento de Hall-Hérault)
O processo consiste basicamente em duas fases: preparação de alumina pura; redução de alumina em alumínio por eletrólise “ígnea”. Estes podem ser seguidos por uma terceira fase de refino adicional do alumínio, sempre eletroliticamente.
Como o alumínio é um metal altamente eletropositivo com alta afinidade pelo oxigênio, o único processo praticamente utilizável para obtê-lo a partir do óxido é o de uma redução eletrolítica de uma mistura de Al fundida.doisOU3 (2,5-8% ca) e criolita 3NaF · AlF3, que também contém outros sais em pequenas quantidades, a temperaturas de cerca de 970 ° C (eletrólise “ígnea”).
As células de aço eletrolítico são revestidas internamente com material refratário e, portanto, com carvão metalúrgico, este último conectado eletricamente às barras de corrente do cátodo; Portanto, a camada de alumínio fundido presente no fundo constitui o cátodo (eletrodo negativo). O ânodo, em carvão metalúrgico muito puro, pode consistir em blocos compactos de aproximadamente 50 cm de altura, obtidos a partir de uma mistura de coque e betume prensado e “cozidos” a aproximadamente 1200 ° C na ausência de ar; Dado o consumo considerável, os ânodos devem ser ajustados e substituídos com frequência. O balanço estequiométrico do processo eletrolítico parece ser o resultado da soma balanceada de várias reações de eletrodos, ou seja, a reação geral:
2AldoisOU3 + 3 C → Al + 3COdois
O processo é muito caro do ponto de vista energético: são necessários aproximadamente 20 kWh para obter 1 kg de alumínio a partir de 2 kg de alumina. O alumínio assim produzido (denominado “primeiro fundido”) possui um título já alto (99,4-99,9%), que contém ferro e silício como suas principais impurezas e, em pequenas quantidades, titânio, cobre, zinco e outros. elementos.
Para certas aplicações particulares, é necessário um refino eletrolítico adicional, operando com o chamado processo de “três camadas”, do qual três variedades comerciais de alumínio refinado podem ser obtidas com títulos de 99,99%, respectivamente (nome comercial Raffinal), 99,999% e 99,9999. %
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