-÷итатник

Ћетучий дракон или летающа€ €щерица (лат. Draco volans) - (0)

Ћетучий дракон или летающа€ €щерица (лат. Draco volans) Ћетающий дракон — это не только ...

10 самых опасных морских животных - (0)

10 самых опасных морских животных Ќекоторые обитатели глубин с удовольствием полакомились бы н...

—анкт-ѕетербург, ≈лагин дворец - (0)

—анкт-ѕетербург, ≈лагин дворец ¬озможет ли поэзии резец »зобразить ≈лагинский дворец,  огда...

ћолитва на удачу: 3 самые сильные молитвы - (0)

ћолитва на удачу: 3 самые сильные молитвы ¬с€к человек добрый на счастье Ѕогом уготован. “ак ...

–азлом —ильфра: место, где встречаютс€ две литосферные плиты - (0)

–азлом —ильфра: место, где встречаютс€ две литосферные плиты ј вы знаете, что р...

 -¬идео

100 великих изобретений.62.Ёлектролиз јллюмини€

—реда, 10 јвгуста 2016 г. 17:51 + в цитатник

levnmr


100 великих изобретений.


62. ЁЋ≈ “–ќЋ»« јЋёћ»Ќ»я



ƒорогие друзь€!
¬ этом посте и в последующих постах € хочу познакомить вас с историей развити€ человечества как историей мировых изобретений



62. ЁЋ≈ “–ќЋ»« јЋёћ»Ќ»я


—овременную жизнь невозможно представить без алюмини€. Ётот блест€щий легкий металл, прекрасный проводник электричества, получил в последние дес€тилети€ самое широкое применение в различных отрасл€х производства. ћежду тем известно, что в свободном виде алюминий не встречаетс€ в природе, и вплоть до XIX века наука даже не знала о его существовании. “олько в последней четверти XIX века была разрешена проблема промышленного производства металлического алюмини€ в свободном виде. Ёто стало одним из крупнейших завоеваний науки и техники этого периода, значение которого мы, может быть, еще не оценили до конца.

ѕо содержанию в земной коре алюминий занимает первое место среди металлов и третье среди других элементов (после кислорода и кремни€). «емна€ кора на 8, 8% состоит из алюмини€ (отметим дл€ сравнени€, что содержание железа в ней Ч 4, 2%, меди Ч 0, 003%, а золота Ч 0, 000005%). ќднако этот химически активный металл не может существовать в свободном состо€нии и встречаетс€ только в виде различных и очень разнообразных по своему составу соединений. ќсновна€ их масса приходитс€ на оксид алюмини€ (Al2O3). Ёто соединение каждый из нас встречал не один раз Ч в обиходе оно называетс€ глиноземом, или просто глиной. √лина примерно на треть состоит из оксида алюмини€ и €вл€етс€ потенциальным сырьем дл€ его производства. ¬с€ трудность состоит в том, чтобы восстановить алюминий (отн€ть у него кислород). ’имическим путем добитьс€ этого чрезвычайно сложно, так как св€зь двух элементов здесь очень прочна€. ”же первое знакомство с алюминием нагл€дно продемонстрировало все сложности, которые ожидали ученых на этом пути.

¬ 1825 году датскому физику √ансу Ёрстеду впервые удалось получить металлический алюминий в свободном состо€нии из его оксида. ƒл€ этого Ёрстед прежде всего смешал глинозем с углем, раскалил эту смесь и пропустил через нее хлор. ¬ результате получилс€ хлористый алюминий (AlCl3). ¬ то врем€ уже было известно, что химически более активные металлы способны вытесн€ть менее активные из их солей. Ёрстед подверг хлористый алюминий действию кали€, растворенного в ртути (амальгамой кали€) и получил амальгаму алюмини€ (при быстром нагревании хлористого алюмини€ с амальгамой кали€ образовалс€ хлористый калий, алюминий же ушел в раствор). ѕодвергнув эту смесь дистилл€ции, Ёрстед выделил небольшие слитки алюмини€. Ќесколько другим способом алюминий получил в 1827 году немецкий химик ¬елер, который пропускал пары хлористого алюмини€ над металлическим калием (при этом, как и в реакции Ёрстеда химически, более активный калий вытесн€л алюминий и сам соедин€лс€ с хлором). Ќо оба способа не могли примен€тьс€ в промышленности, так как дл€ восстановлени€ алюмини€ здесь использовалс€ очень дорогой калий.

ѕозже французский физик —ен- лер-ƒевилль разработал другой химический процесс получени€ алюмини€, заменив калий более дешевым, но все же достаточно дорогим натрием. (—уть этого способа заключалась в том, что хлористый алюминий нагревали с натрием, который вытесн€л алюминий из соли, заставл€€ его выдел€тьс€ в виде небольших корольков.) Ќа прот€жении нескольких дес€тилетий алюминий получали именно таким образом. »сследу€ свойства алюмини€, ƒевилль пришел к заключению, что тот может в будущем иметь огромное значение дл€ техники. ¬ своем докладе ‘ранцузской академии наук он писал: ЂЁтот металл, белый и блест€щий, как серебро, не чернеющий на воздухе, поддающийс€ переплавке, ковке и прот€жке, обладающий к тому же замечательной легкостью, может оказатьс€ очень полезным, если удастс€ найти простой способ его получени€. ≈сли далее вспомнить, что этот металл чрезвычайно распространен, что его рудой €вл€етс€ глина, то можно лишь пожелать, чтобы он нашел широкое применениеї. ѕервые слитки алюмини€, полученные ƒевиллем, демонстрировались на всемирной ѕарижской выставке в 1855 году и вызвали к себе живейший интерес.

¬ 1856 году на заводе братьев “исье в –уане ƒевилль организовал первое промышленное предпри€тие по выпуску алюмини€. ѕри этом стоимость 1 кг алюмини€ сначала равн€лась 300 франкам. „ерез несколько лет удалось снизить продажную цену до 200 франков за 1 кг, но все равно она оставалась исключительно высокой. јлюминий в это врем€ употребл€ли как полудрагоценный металл дл€ производства различных безделушек, причем он приобрел в этом виде даже некоторую попул€рность из-за своего белого цвета и при€тного блеска. ¬прочем, по мере совершенствовани€ химических методов выделени€ алюмини€ цена на него с годами падала. Ќапример, завод в ќлбери (јнгли€) в середине 80х гг. выпускал до 250 кг алюмини€ в день и продавал его по цене 30 шиллингов за кг, иными словами, цена его за 30 лет снизилась в 25 раз.

”же в середине XIX века некоторые химики указывали на то, что алюминий можно получать путем электролиза. ¬ 1854 году Ѕунзен получил алюминий путем электролиза расплава хлористого алюмини€.

ѕочти одновременно с Ѕунзеном получил электролитическим путем алюминий ƒевилль. јппарат ƒевилл€ состо€л из фарфорового тигл€ P, вставленного в пористый глин€ный тигель H и снабженного крышкой D, в которой имелась щель дл€ ввода платинового электрода K и большое отверстие дл€ пористого глин€ного сосуда R. ¬ последнем был помещен угольный стержень A, €вл€вшийс€ положительным электродом. “игель и глин€ный сосуд заполн€лись до одного уровн€ расплавленным двойным хлоридом алюмини€ и натри€ (двойной хлорид получали путем смешивани€ двух частей сухого хлорида алюмини€ и поваренной соли). ѕосле погружени€ электродов уже при небольшом токе в расплаве начиналось разложение двойного хлорида, и на платиновой пластинке выдел€лс€ металлический алюминий. ќднако в то врем€ нельз€ было и думать о том, чтобы поддерживать соединени€ в расплавленном состо€нии, пользу€сь только нагреванием при прохождении тока. ѕриходилось поддерживать необходимую температуру другим способом извне. Ёто обсто€тельство, а также то, что электроэнерги€ в те годы стоила очень дорого, помешало распространению данного способа производства алюмини€. ”слови€ дл€ его распространени€ возникли только после по€влени€ мощных генераторов посто€нного тока.

¬ 1878 году —именс изобрел электрическую дуговую печь, примен€вшуюс€ прежде всего при плавке железа. ќна состо€ла из угольного или графитового тигл€, €вл€вшегос€ одним полюсом. ¬торым полюсом служил расположенный сверху угольный электрод, который перемещалс€ внутри тигл€ в вертикальной плоскости дл€ регулировани€ электрического режима. ѕри заполнении тигл€ шихтой она нагревалась и расплавл€лась или электрической дугой или за счет сопротивлени€ самой шихты при прохождении через нее тока. Ќикаких внешних источников тепла дл€ печи —именса не требовалось. —оздание этой печи стало важным событием не только дл€ черной, но и дл€ цветной металлургии.

“еперь все услови€ дл€ электролитического способа производства алюмини€ были налицо. ƒело оставалось за разработкой технологии процесса. ¬ообще говор€, алюминий можно получать непосредственно из глинозема, но трудность заключалась в том, что оксид алюмини€ очень тугоплавкое соединение, которое переходит в жидкое состо€ние при температуре около 2050 градусов. ƒл€ того чтобы нагреть глинозем до такой температуры и затем поддерживать ее во врем€ реакции, требовалось огромное количество электроэнергии. ¬ то врем€ этот способ казалс€ неоправданно дорогим. ’имики искали иной путь, пыта€сь выделить алюминий из какого-нибудь другого менее тугоплавкого вещества. ¬ 1885 году эту задачу независимо друг от друга разрешили француз Ёру и американец ’олл.

Ћюбопытно, что обоим в момент, когда они совершили свое выдающеес€ открытие, было по 22 года (и тот и другой родились в 1863 г.). Ёру еще с 15 лет, после того как познакомилс€ с книгой ƒевилл€, посто€нно думал об алюминии. ќсновные принципы электролиза он разработал, еще будучи студентом, в 20 лет. ¬ 1885 году после смерти отца Ёру унаследовал небольшую кожевенную фабрику близ ѕарижа и немедленно прин€лс€ за опыты. ќн приобрел электрогенератор √рамма и сначала попробовал разложить электрическим током водные растворы солей алюмини€. ѕотерпев на этом пути неудачу, он решил подвергнуть электролизу расплавленный криолит Ч минерал, в состав которого входит алюминий (химическа€ формула криолита Na3AlF6). ќпыты Ёру начал в железном тигле, который служил катодом, а анодом €вл€лс€ опущенный в расплав угольный стержень. ѕоначалу ничего не обещало успеха. ѕри пропускании тока железо тигл€ вступило в реакцию с криолитом, образовав легкоплавкий сплав. “игель расплавилс€, и содержимое его вылилось наружу. Ќикакого алюмини€ Ёру таким путем не получил. ќднако криолит представл€л собой очень заманчивое сырье, поскольку плавилс€ при температуре всего 950 градусов. Ёру пришла мысль, что расплав этого минерала можно использовать дл€ растворени€ более тугоплавких солей алюмини€. Ёто была очень плодотворна€ иде€. Ќо какую соль избрать дл€ опытов? Ёру решил начать с той, котора€ давно уже служила сырьем дл€ химического производства алюмини€ Ч с двойного хлорида алюмини€ и натри€. » тут при проведении эксперимента произошла ошибка, котора€ и привела его к замечательному открытию. –асплавив криолит и добавив к нему двойной хлорид алюмини€ и натри€, Ёру неожиданно заметил, что угольный анод начал быстро обгорать. ќбъ€снение этому могло быть только одно Ч в ходе электролиза на аноде стал выдел€тьс€ кислород, вступавший в реакцию с углеродом. Ќо откуда мог вз€тьс€ кислород? Ёру внимательно изучил все купленные реактивы и тут обнаружил, что двойной хлорид разложилс€ под действием влаги и превратилс€ в глинозем. “огда все происшедшее стало ему пон€тно: оксид алюмини€ (глинозем) растворилс€ в расплавленном криолите и молекула Al2O3 распалась на ионы алюмини€ и кислорода. ƒалее в ходе электролиза отрицательно зар€женные ионы кислорода отдавали аноду свои электроны и восстанавливались в химический кислород. Ќо в таком случае, какое вещество восстанавливалось на катоде? »м мог быть только алюминий. ѕон€в это, Ёру уже намеренно добавил глинозем к расплаву криолита и таким образом получил на дне тигл€ корольки металлического алюмини€. “ак был открыт примен€ющийс€ по сей день способ получени€ алюмини€ из глинозема, растворенного в криолите. ( риолит не участвует в химической реакции, его количество в ходе электролиза не уменьшаетс€ Ч он используетс€ здесь только как растворитель. ѕроцесс идет следующим образом: к расплаву криолита периодически добавл€ют порци€ми глинозем; в результате электролиза на аноде выдел€етс€ кислород, а на катоде Ч алюминий.) Ќа два мес€ца позже точно такой же способ производства алюмини€ открыл американец ’олл.

Ќа свое изобретение Ёру в апреле 1886 года получил первый патент. ¬ нем он еще не отказалс€ от внешнего нагревани€ ванны с электролитом дл€ поддержани€ нужной температуры расплава. Ќо уже в следующем году он вз€л второй патент на способ получени€ алюминиевой бронзы, в котором отказалс€ от внешнего нагрева и писал, что Ђэлектрический ток производит достаточное количества тепла дл€ того, чтобы глинозем поддерживать в расплавленном состо€нииї.

ѕоскольку никто во ‘ранции не заинтересовалс€ его открытием, Ёру уехал в Ўвейцарию. ¬ 1887 году компани€ Ђ—ыновь€ Ќегерї подписала с ним контракт о реализации его изобретени€. ¬скоре было основано Ўвейцарское металлургическое общество, которое на заводе в Ќейгаузене развернуло производство сначала алюминиевой бронзы, а потом чистого алюмини€.

ѕромышленную установку дл€ электролиза алюмини€, также как и всю технологию производства, разработал Ёру. ѕечь представл€ла собой железный €щик, изолированно установленный на земле. ѕоверхность ванны изнутри была покрыта толстыми угольными пластинами, которые €вл€лись отрицательным электродом (катодом). —верху в ванну опускалс€ положительный электрод (анод), который представл€л собой пакет угольных стержней. Ёлектролиз происходил при очень сильном токе (пор€дка 4000 ампер), но при небольшом напр€жении (всего 12-15 вольт). Ѕольша€ сила тока, как уже говорилось в предыдущих главах, приводила к значительному повышению температуры.  риолит быстро плавилс€, и начиналась электрохимическа€ реакци€ восстановлени€, в ходе которой металлический алюминий собиралс€ на угольном полу ванны.

”же в 1890 году завод в Ќейгаузене получил свыше 40 тонн алюмини€, а вскоре стал выпускать по 450 тонн алюмини€ в год. ”спехи швейцарцев вдохновили французских промышленников. ¬ ѕариже образовалось электротехническое общество, которое в 1889 году предложило Ёру стать директором вновь основанного алюминиевого завода. „ерез несколько лет Ёру основал в разных част€х ‘ранции, где имелась дешева€ электрическа€ энерги€, еще несколько алюминиевых заводов. ÷ены на алюминий постепенно упали в дес€тки раз. ћедленно, но неуклонно этот замечательный металл стал завоевывать свое место в человеческой жизни, сделавшись вскоре столь же необходимым, как известные с глубокой древности железо и медь.

Ѕаза «наний.




levnmr
ћетки:  
ѕонравилось: 3 пользовател€м



»рина-“веричанка   обратитьс€ по имени „етверг, 11 јвгуста 2016 г. 19:15 (ссылка)
ќчень полезный металл.
ќтветить — цитатой ¬ цитатник
ѕерейти к дневнику

—уббота, 13 јвгуста 2016 г. 03:06ссылка
Ёто точно. ќн достаточно легкий.
 

ƒобавить комментарий:
“екст комментари€: смайлики

ѕроверка орфографии: (найти ошибки)

ѕрикрепить картинку:

 ѕереводить URL в ссылку
 ѕодписатьс€ на комментарии
 ѕодписать картинку