أروع ميزة للخيال العلمي ، ومن حيث المبدأ ، نتوقعها جميعًا في المستقبل - تمتلئ بالماء في خزان سيارة وتنطلق. الآن تم النظر في الهيدروجين لبعض الوقت ويستخدم في بعض الأماكن كنوع من الوقود الصديق للبيئة. لكن الاستخدام الواسع لوقود الهيدروجين يعوقه عدد من المشاكل التي لم تحل اليوم ، وأهمها التخزين والنقل.

وهنا ، سيكون إنتاجها المباشر في سيارة مباشرة من الماء هو الخيار الأفضل.

يبدو أننا نقترب أكثر فأكثر من هذا ...

قامت مجموعة من الباحثين من مختبر أبحاث الجيش الأمريكي ، الذين أجروا تجارب في أبردين بروفينج جراوند بالقرب من ماريلاند ، باكتشاف عشوائي. بعد تسرب الماء على قضيب من سبائك الألومنيوم الخاصة ، والتي لا يزال تكوينها سريًا ، لاحظ الباحثون عملية التطور السريع للهيدروجين التي بدأت على الفور.

من دورة الكيمياء المدرسية ، إذا تذكرها أي شخص آخر ، فإن الهيدروجين هو ناتج ثانوي للتفاعل بين الماء والألمنيوم. ومع ذلك ، فإن رد الفعل هذا عادة ما يستمر فقط عند درجة حرارة عالية بما فيه الكفاية أو في وجود محفزات خاصة. وبعد ذلك ، يتم "ملء مهل" ، حيث يستغرق ملء خزان سيارة الهيدروجين حوالي 50 ساعة ، ولا تتجاوز كفاءة استخدام الطاقة في هذه الطريقة لإنتاج الهيدروجين 50 بالمائة.

كل ما سبق ليس له علاقة برد الفعل الذي تشارك فيه سبائك الألومنيوم الجديدة. وقال سكوت جريندال ، رئيس فريق البحث: "فعالية رد الفعل هذا تقترب من 100 في المائة ، ورد الفعل" يتسارع "إلى أقصى إنتاجية في أقل من ثلاث دقائق".

إن استخدام نظام ينتج الهيدروجين حسب الحاجة يحل الكثير من المشاكل. يتم نقل الماء وسبائك الألومنيوم بسهولة من مكان إلى آخر ، كلتا هاتين المادتين خاملتان ومستقرتان بأنفسهما. ثانياً ، لبدء التفاعل ، لا يوجد أي محفز ، ولا دافع أولي ، يبدأ التفاعل في العمل بمجرد ملامسة الماء للسبائك.

كل ما سبق لا يعني أن الباحثين وجدوا حلا سحريا في مجال وقود الهيدروجين. في هذه الحالة ، لا يزال هناك عدد من القضايا التي تحتاج إلى توضيح أو توضيح. السؤال الأول هو ما إذا كان مثل هذا المخطط لإنتاج الهيدروجين خارج المختبر سيعمل ، لأن هناك العديد من الأمثلة التي تعمل فيها التقنيات التجريبية بشكل جيد في ظروف المختبر ، ولكنها تفشل تمامًا في التجارب الميدانية. والسؤال الثاني هو مسألة تعقيد وتكلفة إنتاج سبائك الألومنيوم ، وتكلفة استخدام منتجات التفاعل ، والتي سوف تصبح عوامل تحدد الجدوى الاقتصادية لطريقة جديدة لإنتاج الهيدروجين.

في الختام ، تجدر الإشارة إلى أنه على الأرجح لن يستغرق الأمر وقتًا طويلاً لتوضيح المشكلات المذكورة أعلاه. وفقط بعد ذلك ، سيكون من الممكن استخلاص استنتاجات حول قابلية مواصلة الطريقة الجديدة لإنتاج وقود الهيدروجين.

PS. Delorian في الصورة الأولى لجذب الانتباه :-)

مصادر

الهيدروجين هو الغاز الوحيد الذي يذوب بشكل ملحوظ في الألومنيوم وسبائكه. القابلية للذوبان تختلف في درجة الحرارة والجذر التربيعي للضغط. كما هو مبين في الشكل ، فإن قابلية ذوبان الهيدروجين في الألمنيوم السائل أعلى بكثير من الألمنيوم الصلب: 0.65 و 0.034 مل / 100 غرام ، على التوالي. هذه القيم تختلف قليلا اعتمادا على التركيب الكيميائي للسبائك. عندما يكون تبريد وتصلب الألمنيوم المصهور ذو المحتوى الهيدروجيني أعلى بكثير من قابليته للذوبان في الحالة الصلبة ، يمكن إطلاقه (الهيدروجين) في شكل جزيئي ، مما سيؤدي إلى تكوين مسام أولية أو ثانوية.

مسامية الهيدروجين من الألومنيوم

يعتمد تكوين فقاعات الهيدروجين في الألومنيوم بدرجة كبيرة على معدل التبريد والتصلب ، وكذلك على وجود مراكز النواة لتطور الهيدروجين ، مثل الأكاسيد المحتجزة داخل الذوبان. لذلك ، يتطلب تشكيل المسامية وجود فائض كبير في محتوى الهيدروجين المذاب مقارنةً بذوبان الهيدروجين في الألومنيوم الصلب. في غياب مراكز النواة ، يتطلب تطور الهيدروجين تركيزًا مرتفعًا نسبيًا من الهيدروجين - حوالي 0.30 مل / 100 غرام ، وفي العديد من السبائك الصناعية ، لا يتم اكتشاف المسامية حتى مع وجود محتوى هيدروجين مرتفع نسبياً مثل 0.15 مل / 100 جم.

الهيدروجين في سبائك الألومنيوم

يعتمد موقع الهيدروجين في الألومنيوم المتصلب على مستواه في الألومنيوم السائل والظروف التي حدث فيها تصلب. نظرًا لوجود مسامية الهيدروجين نتيجة لآليات النمو والنوى التي يتم التحكم فيها عن طريق الانتشار ، فإن انخفاض تركيز الهيدروجين وزيادة معدل التصلب يكون لهما تأثير كبير على نويات المسام ونموها. لهذا السبب ، تكون المسبوكات المصنوعة أكثر عرضة للعيوب المرتبطة بالهيدروجين من المسبوكات التي يتم تصنيعها ، على سبيل المثال.

مصادر الهيدروجين في الألومنيوم

يدخل الهيدروجين الألومنيوم من العديد من المصادر ، بما في ذلك جو الفرن ، ومواد الشحن ، والتدفقات ، وأدوات الصهر ، وردود الفعل بين الألومنيوم المصهور والعفن.

جو الفرن. إذا كان المصهر يعمل بالغاز الطبيعي أو ، على سبيل المثال ، زيت الوقود ، فمن الممكن الاحتراق غير الكامل للوقود بتكوين هيدروجين حر.

شحن المواد. قد تحتوي السبائك والخردة وعودة المسابك على أكاسيد ومنتجات تآكل ورمل ومخططات مسبك أخرى ، بالإضافة إلى مواد تشحيم تستخدم في التصنيع. كل هذه الملوثات هي مصادر محتملة للهيدروجين ، والتي تتشكل أثناء استعادة المواد العضوية أو التحلل الكيميائي لبخار الماء.

عوامل التدفق.  معظم التدفقات هي أملاح وكيف تكون جميع الأملاح رطبة ، أي أنها جاهزة لاستيعاب الماء بسرور. لذلك ، فإن التدفق الرطب يدخل حتما الهيدروجين في الذوبان ، الذي يتكون من التحلل الكيميائي للمياه.

ذوبان الأدوات.  يمكن أيضًا أن تكون أدوات الصهر مثل القمم والكاشطات والمجارف مصدرًا للهيدروجين ، إن لم تكن نظيفة. تعتبر أكاسيد وبقايا التدفق في هذه الأدوات من مصادر التلوث الصعبة بشكل خاص ، لأنها تمتص الرطوبة مباشرة من الهواء المحيط. تعتبر حراريات الفرن ، المزاريب وقنوات التوزيع ، ومدافع الجير والأسمنت ، مغارف أخذ العينات كلها مصادر محتملة للهيدروجين ، خاصة إذا لم يتم تجفيفها بشكل كافٍ.

التفاعل بين الألومنيوم السائل والعفن.  إذا كان المعدن السائل يتدفق بشكل مضطرب أثناء ملء القالب ، فإنه يمكن أن يصيد الهواء إلى حجمه الداخلي. إذا تعذر على الهواء أو لم يكن لديه وقت للخروج قبل أن يبدأ التصلب ، فسيدخل الهيدروجين المعدن. يمكن أن تتسبب مغذيات القالب المصنوعة بشكل غير صحيح في حبس الهواء. مصدر آخر للهيدروجين هو الرمل الرطب بشكل مفرط.

تفاعل الألومنيوم مع الهيدروجين

ويعتقد أن الألومنيوم ، مثل معظم المعادن ، لا يتفاعل مباشرة مع الهيدروجين. عادة ما تشكل المعادن مركبات عن طريق فقدان الإلكترونات ، والتي يتم قبولها من قبل عناصر أخرى. يشكل الهيدروجين أيضًا مركبات ، أو يفقد الإلكترونات (أو يشارك الإلكترونات). لذلك ، عادة لا تقبل ذرات الهيدروجين الإلكترونات التي تتبرع بالمعادن لتشكيل مركبات. فقط بعض المعادن شديدة التفاعل ، مثل الصوديوم والبوتاسيوم والكالسيوم والمغنيسيوم يمكنها "إجبار" ذرات الهيدروجين على قبول إلكتروناتها لتشكيل مركبات أيونية صلبة تسمى هيدريدات هذه المعادن.

يتطلب التوليف المباشر لهيدريد الألومنيوم من الهيدروجين والألمنيوم ضغطًا مجنونًا يصل إلى حوالي 2،000،000،000 غلاف جوي ودرجة حرارة تزيد عن 800 كلفن. وفي الوقت نفسه ، يوجد مركب مثل هيدريد الألومنيوم. هيدريد الألومنيوم هو مركب غير مستقر يتحلل بسهولة عند درجات حرارة تزيد عن 100 درجة مئوية. لا يتم الحصول عليها مباشرة ، ولكن نتيجة لتفاعلات المركبات الأخرى.

الألومنيوم

الألومنيوم عنصر برقم تسلسلي 13 ، الكتلة الذرية النسبية - 26.98154. وهي تقع في الفترة الثالثة ، المجموعة الثالثة ، المجموعة الفرعية الرئيسية. التكوين الإلكتروني: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1 3d 0. حالة الأكسدة المستقرة للألمنيوم هي "+3". يحتوي الكاتيون المتشكل في هذه الحالة على قذيفة من الغاز النبيل ، مما يسهم في ثباته ، لكن نسبة الشحن إلى نصف القطر ، أي تركيز الشحنة ، مرتفعة بدرجة كافية ، مما يزيد من طاقة الموجبة. تؤدي هذه الميزة إلى حقيقة أن الألومنيوم ، إلى جانب المركبات الأيونية ، يشكل عددًا من المركبات التساهمية ، ويخضع الكاتيون إلى تحلل مائي كبير في المحلول.

يمكن للألمنيوم إظهار التكافؤ الأول فقط عند درجات حرارة أعلى من 1500 درجة مئوية. معروفة Al 2 O و AlCl.

بفضل خصائصه الفيزيائية ، يعتبر الألومنيوم معدنًا نموذجيًا ذو الموصلية الحرارية والكهربائية العالية ، في المرتبة الثانية بعد الفضة والنحاس. إن إمكانات التأين للألمنيوم ليست عالية جدًا ، لذلك يمكن توقع نشاط كيميائي كبير منه ، ولكن يتم تقليله إلى حد كبير بسبب حقيقة أن المعدن يتم تخميله في الهواء بسبب تكوين طبقة أكسيد قوية على سطحه. إذا تم تنشيط المعدن: أ) قم بإزالة الفيلم آليا ، ب) الملغمة (تتفاعل مع الزئبق) ، ج) استخدم مسحوق ، ثم يصبح هذا المعدن تفاعليًا لدرجة أنه يتفاعل حتى مع الرطوبة والأكسجين ، ينهار وفقًا للعملية:

4 (Al، Hg) + 3O 2 + 6H 2 O \u003d 4Al (OH) 3 + (Hg)

التفاعل مع المواد البسيطة.

1. مسحوق الألومنيوم يتفاعل مع التدفئة قوية   مع الأكسجين.هناك حاجة إلى هذه الظروف بسبب التخميل ، ويكون رد فعل تشكيل الألومينا شديد الحرارة - يتم إطلاق 1676 كيلو جول / مول من الحرارة.

2. مع الكلور والبروميتفاعل في ظل الظروف القياسية ، حتى يتمكن من اشتعال النار في بيئتهم. فقط لا يستجيب مع الفلوريد  ل يشكل فلوريد الألومنيوم ، مثله مثل الأكسيد ، فيلمًا ملحيًا وقائيًا على سطح المعدن. مع اليوديتفاعل عند تسخينه وفي وجود الماء كعامل مساعد.

3. مع الرمادييتفاعل خلال الانصهار ، وإعطاء تكوين كبريتيد الألومنيوم Al 2 S 3.

4. يتفاعل C الفسفور أيضًا عند تسخينه ليشكل فسفيد: AlP.

5. مباشرة مع الهيدروجينالألومنيوم لا يتفاعل.

6. مع النيتروجينيتفاعل في 800 حول مع ، وإعطاء نيتريد الألومنيوم (AlN). يجب أن يقال أن الألومنيوم يحترق في الهواء عند درجة حرارة تقريبية ، وبالتالي فإن منتجات الاحتراق (مع الأخذ في الاعتبار تركيبة الهواء) هي أكسيد وأكسيد النتريد.

7. مع الكربون  يتفاعل الألومنيوم عند درجة حرارة أعلى: 2000 درجة مئوية. كربيد الألمنيوم المكون Al Al C3 ينتمي إلى ميثانيدات ، ولا يحتوي على روابط C - C ، ويطلق الميثان أثناء التحلل المائي: Al 4 C 3 + 12H 2 O \u003d 4Al (OH ) 3 + 3CH 4

التفاعل مع المواد المعقدة

1. مع الماءيتفاعل الألمنيوم المنشط (بدون طبقة واقية) بنشاط مع تطور الهيدروجين: 2Al (act) + 6H 2 O \u003d 2Al (OH) 3 + 3H 2 يتم الحصول على هيدروكسيد الألومنيوم في شكل مسحوق أبيض ، وعدم وجود فيلم يتداخل مع التفاعل.

2. التفاعل مع الأحماض:أ) يتفاعل الألومنيوم بنشاط مع الأحماض غير المؤكسدة وفقًا للمعادلة: 2Al + 6H 3 O + + 6H 2 O \u003d 2 3+ + 3H 2 ،

ب) مع الأحماض المؤكسدة ، يحدث التفاعل مع الميزات التالية. تتركز أحماض النيتريك والكبريتيك المركزة ، إضافة إلى حمض النيتريك المخفف للألمونيوم (تؤدي الأكسدة السطحية السريعة إلى تكوين طبقة أكسيد) في البرد. عند التسخين ، يتم تكسير الفيلم ويمر التفاعل ، لكن يتم عزل المنتجات ذات الحد الأدنى من الأحماض المركزة عند تسخينها: 2Al + 6H 2 SO 4 (conc) \u003d Al 2 (SO 4) 3 + 3SO 2 6H 2 O Al + 6HNO 3 ( conc) \u003d Al (NO 3) 3 + 3NO 2 + 3H 2 O مع حمض النتريك المخفف بشكل معتدل ، اعتمادًا على ظروف التفاعل ، يمكن الحصول على NO ، N 2 O ، N 2 ، NH 4 +.

3. التفاعل مع القلويات.الألومنيوم هو عنصر مذبذب (في الخواص الكيميائية) ، لأنه لديه القدرة الكهربية كبيرة بما فيه الكفاية للمعادن - 1.61. لذلك ، إنه سهل الذوبان بسهولة في المحاليل القلوية مع تكوين الهيدروكسي كومبلكس والهيدروجين. يعتمد تكوين الهيدروكسي كومبلكس على نسبة الكواشف: 2Al + 2NaOH + 6H 2 O \u003d 2Na + 3H 2 2Al + 6NaOH + 6H 2 O \u003d 2Na 3 + 3H 2 يتم تحديد نسبة الألومنيوم والهيدروجين عن طريق التوازن الإلكتروني لتفاعل الأكسدة والاختزال بينهما. لا تعتمد.

4. إن إمكانية التأين المنخفضة والأقارب العالية للأكسجين (الثبات العالي للأكسيد) تؤدي إلى حقيقة أن الألومنيوم يتفاعل بنشاط مع أكاسيد العديد من المعادناستعادة لهم. تحدث التفاعلات أثناء التسخين الأولي مع مزيد من التطور للحرارة ، بحيث ترتفع درجة الحرارة إلى 1200 درجة - 3000 درجة مئوية. يسمى خليط من مسحوق الألمنيوم 75 ٪ و 25 ٪ (بالوزن) Fe 3 O 4 "النمل الأبيض". سابقا ، كان رد فعل الاحتراق لهذا الخليط يستخدم لقضبان اللحام. يُسمى اختزال المعادن من الأكاسيد التي تستخدم الألومنيوم الألومينيوثيرمي ويستخدم في الصناعة كوسيلة لإنتاج المعادن مثل المنجنيز والكروم والفاناديوم والتنغستن والسبائك الحديدية.

5. مع حلول الملحالألومنيوم يتفاعل بطريقتين مختلفتين. 1. إذا كان المحلول الملحي ، نتيجة للتحلل المائي ، يحتوي على وسط حمضي أو قلوي ، يتم إطلاق الهيدروجين (مع المحاليل الحمضية ، يستمر التفاعل فقط مع تسخين كبير ، لأن فيلم أكسيد الحماية الواقي يذوب بشكل أفضل في القلويات منه في الأحماض). 2Al + 6KHSO 4 + (H 2 O) \u003d Al 2 (SO 4) 3 + 3K 2 SO 4 + 3H 2 2Al + 2K 2 CO 3 + 8H 2 O \u003d 2K + 2KHCO 3 + 3H 2. 2. يمكن للألمنيوم أن يحل محل المعادن من تكوين الملح ، والتي هي على يمين خط الجهد منه ، أي سوف تتأكسد فعلا من الكاتيونات من هذه المعادن. بسبب فيلم أكسيد ، هذا التفاعل لا يحدث دائما. على سبيل المثال ، يمكن لأنيونات الكلوريد كسر الفيلم ، ويمر التفاعل 2Al + 3FeCl 2 \u003d 2AlCl 3 + 3Fe ، ولن يعمل تفاعل مماثل مع الكبريتات في درجة حرارة الغرفة. مع الألومنيوم المنشط ، فإن أي تفاعل لا يتعارض مع القاعدة العامة سيعمل.

مركبات الألومنيوم.

1. أوكسيد (Al 2 O 3). معروف في شكل العديد من التعديلات ، ومعظمها دائم للغاية وغير خاملة كيميائيا. يحدث تعديل α-Al 2 O 3 بشكل طبيعي في شكل معدن اكسيد الالمونيوم. في الشبكة البلورية لهذا المركب ، يتم استبدال الكاتيونات الألومنيوم أحيانًا جزئيًا بكاتيونات من معادن أخرى ، مما يعطي المعدن لونًا. مزيج من Cr (III) يعطي لونًا أحمر ، مثل هذا الالكسيد هو جوهرة الياقوت. مزيج من Ti (III) و Fe (III) يعطي الياقوت الأزرق. تعديل غير متبلور نشط كيميائيا. الألومينا هو أكسيد مذبذب نموذجي يتفاعل مع كل من الأحماض وأكاسيد حمض ، ومع القلويات وأكاسيد أساسية ، مع تفضيل القلويات. تختلف منتجات التفاعل في المحلول وفي الطور الصلب أثناء الانصهار: Na 2 O + Al 2 O 3 \u003d 2NaAlO 2 (الانصهار) - metaaluminate الصوديوم ، 6NaOH + Al 2 O 3 \u003d 2Na 3 AlO 3 + 3H 2 O (الانصهار) - orthoaluminate الصوديوم ، Al 2 O 3 + 3CrO 3 \u003d Al 2 (CrO 4) 3 (الانصهار) - كرومات الألومنيوم. بالإضافة إلى الأكاسيد والقلويات الصلبة ، يتفاعل الألومنيوم أثناء صناعة السبائك مع الأملاح المتكونة من أكاسيد الحمض المتطاير ، مما يحل محلها من تركيبة الملح: K 2 CO 3 + Al 2 O 3 \u003d 2KAlO 2 + CO 2 تفاعلات في المحلول: Al 2 O 3 + 6HCl \u003d 2 3+ + 6Cl 1- + 3H 2 O Al 2 O 3 +2 NaOH + 3H 2 O \u003d 2 Na - رباعي هيدروكسيلومين الصوديوم. أنيون رباعي هيدروكسوكسومين هو في الواقع 1 - رباعي هيدروكسودياكانيون ، ل التنسيق رقم 6 للألمنيوم هو الأفضل. مع وجود فائض من القلويات ، يتشكل سداسي هيدروكسوكسومين: Al 2 O 3 + 6NaOH + 3H 2 O \u003d 2Na 3. بالإضافة إلى الأحماض والقلويات ، يمكن توقع تفاعلات مع الأملاح الحمضية: 6KHSO 4 + Al 2 O 3 \u003d 3K 2 SO 4 + Al 2 (SO 4) 3 + 3H 2 O.

3. هيدروكسيدات الألومنيوم. يعرف هيدروكسيد الألومنيوم - metahydroxide –AlO (OH) و orthohydroxide –Al (OH) 3. كلاهما لا يذوبان في الماء ، ولكنهما أيضًا مذنبان ، لذلك يذوبان في محاليل الأحماض والقلويات ، وكذلك الأملاح ذات الوسط الحمضي أو القلوي نتيجة للتحلل المائي. في الانصهار ، تتفاعل الهيدروكسيدات بشكل مشابه للأكسيد. كما تتحلل جميع القواعد غير القابلة للذوبان ، تتحلل هيدروكسيدات الألومنيوم عند التسخين: 2Al (OH) 3 \u003d Al 2 O 3 + 3H 2 O. عندما تذوب في المحاليل القلوية ، لا تنحل hydroxides من الألمنيوم في الأمونيا المائية ، لذلك يمكن ترسيبها بالأمونيا من ملح قابل للذوبان: Al (NO) 3) 3 + 3NH 3 + 2H 2 O \u003d AlO (OH) ↓ + 3NH 4 NO 3 ، ينتج عن هذا التفاعل metahydroxide بدقة. من الصعب ترسيب هيدروكسيد مع القلويات ، كما يذوب الترسيب الناتج بسهولة ، ويكون للتفاعل الكلي الشكل: AlCl 3 +4 NaOH \u003d Na + 3NaCl

4. أملاح الألومنيوم. تقريبا كل أملاح الألومنيوم قابلة للذوبان في الماء. غير قابلة للذوبان AlPO 4 الفوسفات و AlF 3 فلوريد. لأن يحتوي كاتيون الألومنيوم على تركيز عالي الشحنة ، حيث يكتسب أكوا كومبلكس الخاص به خصائص حمض الكاتيون: 3+ + H 2 O \u003d H 3 O + + 2+ ، على سبيل المثال أملاح الألومنيوم تخضع للتحلل الكاتيوني قوي. في حالة أملاح الأحماض الضعيفة ، بسبب التعزيز المتبادل للتحلل المائي بواسطة الكاتيون والأنيون ، يصبح التحلل المائي غير قابل للإلغاء. المحلول متحلل بالكامل بالماء أو لا يمكن الحصول عليه عن طريق تفاعل التبادل للكربونات ، الكبريتيت ، الكبريتيد و سيليكات الألومنيوم: Al 2 S 3 + 6H 2 O \u003d 2Al (OH) 3 ↓ + 3H 2 S 2Al (NO 3) 3 + 3K 2 CO 3 + 3H 2 O \u003d 2Al (OH) 3 ↓ + 3CO 2 + 6KNO 3. بالنسبة لبعض الأملاح ، يصبح التحلل المائي لا رجعة فيه عند تسخينه. تتحلل أسيتات الألومنيوم المبللة عند التسخين وفقًا للمعادلة: 2Al (OOCCH 3) 3 + 3H 2 O \u003d Al 2 O 3 + 6CH 3 COOH في حالة هاليدات الألومنيوم ، يتم تسهيل تحلل الملح بتقليل قابلية ذوبان هاليدات الهيدروجين الغازية عند التسخين: AlCl 3 + 3H 2 O \u003d Al (OH) 3 ↓ + 3HCl. بالنسبة لهاليدات الألومنيوم ، فلوريد فقط هو مركب أيوني ، وبقية الهاليدات عبارة عن مركبات تساهمية ، ونقاط انصهارها أقل بكثير من الفلورايد ، وكلوريد الألومنيوم يمكن أن يتسامح. في درجات حرارة مرتفعة للغاية ، توجد جزيئات هاليد الألومنيوم المفردة ذات هيكل مثلث مسطح في أزواج بسبب تهجين sp 2 للمدارات الذرية للذرة المركزية. إن الحالة الرئيسية لهذه المركبات في الأبخرة وفي بعض المذيبات العضوية هي الخافتة ، على سبيل المثال ، Al 2 Cl 6. هاليدات الألومنيوم هي الأحماض القوية لويس ، كما لديك المدار الذري الشاغر. لذلك يحدث الذوبان في الماء مع إطلاق كمية كبيرة من الحرارة. هناك فئة مثيرة للاهتمام من مركبات الألمنيوم (وكذلك معادن ثلاثية التكافؤ) هي الشب - 12 كبريتات مزدوجة من الماء M I M III (SO 4) 2 ، والتي ، عند الذوبان ، مثل كل الأملاح المزدوجة تعطي مزيجًا من الكاتيونات والأنيونات المقابلة.

5. مركبات معقدة.النظر في hydroxocomplexes الألومنيوم. هذه أملاح يكون فيها الجسيمات المعقدة عبارة عن أنيون. جميع الأملاح قابلة للذوبان. دمرت عن طريق التفاعل مع الأحماض. في هذه الحالة ، تقوم الأحماض القوية بحل الإرثو هيدروكسيد الناتج ، وترسب أكاسيد الحمض الضعيفة أو المقابلة (H 2 S ، CO 2، SO 2): K + 4HCl \u003d KCl + AlCl 3 + 4H 2 OK + CO 2 \u003d Al (OH) 3 KH + KHCO 3

عندما يتكلس ، يتحول هيدروكسي ألومينات إلى ortho - أو metaaluminates ، ويفقد الماء.

حديد

عنصر بالرقم التسلسلي 26 ، مع الكتلة الذرية النسبية 55.847. ينتمي إلى مجموعة العناصر ثلاثية الأبعاد ، وله تكوين إلكتروني: 3d 6 4s 2 وفي النظام الدوري في الفترة IV ، المجموعة VIII ، المجموعة الفرعية الجانبية. في المركبات ، يُظهر الحديد في الغالب حالات أكسدة +2 و +3. يمتاز Fe 3+ ion بقذيفة مدمجة مليئة بالإلكترونات ، ثلاثية الأبعاد ، مما يمنحه ثباتًا إضافيًا. حالات الأكسدة +4 ، +6 ، +8 هي أكثر صعوبة في تحقيقها.

بفضل خواصه الفيزيائية ، يكون الحديد أبيض فضي ولامع وناعم نسبياً ومرن وممغنط ومغناطيس بسهولة. تحتوي نقطة الانصهار 1539 على العديد من التعديلات الخواص ، تختلف في نوع الشبكة البلورية.

  خصائص مادة بسيطة.

1. عند الاحتراق في الهواء ، يشكل أكسيد مختلط من Fe 3 O 4 ، وعند التفاعل مع الأكسجين النقي - Fe 2 O 3. الحديد البودرة غير قابل للإشتعال - يشعل نفسه في الهواء.

2. يتفاعل الفلور والكلور والبروم بسهولة مع الحديد ، مما يؤدي إلى أكسده Fe 3+. يتكون FeJ 2 من اليود ، حيث أن الكاتيون الحديدي ثلاثي التكافؤ يؤكسد أنيون يوديد ، وبالتالي ، فإن مركب FeJ 3 غير موجود.

3. لسبب مشابه ، مركب Fe 2 S 3 غير موجود ، وتفاعل الحديد والكبريت في نقطة انصهار الكبريت يؤدي إلى مركب FeS. مع وجود فائض من الكبريت ، يتم الحصول على ثاني كبريتيد البايرايت - الحديد - FeS 2. كما تتشكل مركبات غير متكافئة.

4. يتفاعل الحديد مع غير المعادن الأخرى مع تسخين قوي ، وتشكيل محاليل صلبة أو مركبات تشبه المعادن. يمكن إعطاء تفاعل يحدث عند 500 درجة مئوية: 3Fe + C \u003d Fe 3 C. هذا المركب من الحديد والكربون يسمى الأسمنت.

5. مع العديد من المعادن ، الحديد أشكال السبائك.

6. في الهواء في درجة حرارة الغرفة ، يتم طلاء الحديد بغشاء أكسيد ، وبالتالي ، لا يتفاعل مع الماء. التفاعل مع البخار المحمص يعطي المنتجات التالية: 3Fe + 4H 2 O (steam) \u003d Fe 3 O 4 + 4H 2. في وجود الأكسجين ، يتفاعل الحديد حتى مع رطوبة الهواء: 4Fe + 3O 2 + 6H 2 O \u003d 4Fe (OH) 3. تعكس المعادلة أعلاه عملية الصدأ ، والتي تتعرض لما يصل إلى 10 ٪ من المنتجات المعدنية سنويا.

7. نظرًا لأن الحديد في سلسلة من الضغوط حتى الهيدروجين ، فإنه يتفاعل بسهولة مع الأحماض غير المؤكسدة ، لكنه يتأكسد فقط إلى Fe 2+.

8. أحماض النيتريك والكبريتيك المركزة تخمد الحديد ، ولكن عندما يتم تسخينه ، يحدث التفاعل. يتفاعل حمض النتريك المخفف أيضًا في درجة حرارة الغرفة. مع جميع الأحماض المؤكسدة ، يعطي الحديد أملاح الحديد (III) (وفقًا لبعض التقارير ، يكون تكوين نترات الحديد (II) ممكنًا مع حامض النتريك المخفف) ، ويقلل من HNO 3 (decomp.) إلى NO ، N 2 O ، N 2 ، NH 4 + حسب الظروف ، و HNO 3 (conc.) - إلى NO 2 بسبب التسخين ، وهو أمر ضروري لمواصلة رد الفعل.

9. الحديد قادر على التفاعل مع القلويات المركزة (50٪) عند تسخينه: Fe + 2KOH + 2H 2 O \u003d K 2 + H 2

.10 ﺑﺎﻟﺘﻔﺎﻋﻞ ﻣﻊ ﻣﺤﻠﻮل أﻣﻼح اﻟﻤﻌﺎدن اﻷﻗﻞ ﻧﺸﺎﻃﺎً ، ﻳﻘﻮم اﻟﺤﺪﻳﺪ ﺑﺎﻟﺒﺨﺮ ﻣﻦ هﺬﻩ اﻟﻤﻌﺎدن ﻣﻦ اﻟﻤﻠﺢ ، وﻳﺘﺤﻮل إﻟﻰ ﻣﻮﺟﺐ ﺛﻨﺎﺋﻲ اﻟﻜﺮﺑﻮن: CuCl 2 + Fe \u003d FeCl 2 + Cu.

خصائص مركبات الحديد.

Fe 2+  نسبة الشحن إلى نصف القطر لهذا الكاتيون قريبة من نسبة المغنيسيوم 2+ ؛ لذلك ، فإن السلوك الكيميائي لأكسيد وأكسيد الهيدروكسيد والأملاح الحديدية يشبه سلوك مركبات المغنيسيوم المقابلة. في محلول مائي ، تشكل الكاتيون الحديدي مجمع أكوا أخضر شاحب 2+. يتأكسد هذا الكاتيون بسهولة حتى مباشرة في محلول بواسطة الأكسجين الجوي. يحتوي محلول FeCl 2 على جزيئات معقدة 0. تركيز شحنة مثل هذا الكاتيون منخفض ، وبالتالي ، فإن التحلل المائي للأملاح معتدلة.

1. FeO - أكسيد الرئيسي ، أسود ، لا يذوب في الماء. قابل للذوبان بسهولة في الأحماض. عند تسخينه فوق 500 درجة مئوية ، يتناسب: 4FeO \u003d Fe + Fe 3 O 4. يمكن الحصول عليها عن طريق تحميص هيدروكسيد المقابلة والكربونات والأكسالات بعناية ، بينما يؤدي التحلل الحراري لأملاح Fe 2+ الأخرى إلى تكوين أكسيد الحديديك: FeC 2 O 4 \u003d FeO + CO + CO 2 ، لكن 2 FeSO 4 \u003d Fe 2 O 3 + SO 2 + SO 3 4Fe (NO 3) 2 \u003d 2Fe 2 O 3 + 8NO 2 + O 2 يمكن أن يعمل أكسيد الحديد (II) نفسه كعامل مؤكسد ، على سبيل المثال ، عند تسخينه ، يحدث التفاعل: 3FeO + 2NH 3 \u003d 3Fe + N 2 + 3H 2 O

2. الحديد (OH) 2 - الحديد (II) هيدروكسيد - قاعدة غير قابلة للذوبان. يتفاعل مع الأحماض. يحدث التفاعل الحمضي القاعدي والأكسدة مع الحديد الحديدي في وقت واحد مع الأحماض المؤكسدة: 2Fe (OH) 2 + 4H 2 SO 4 (conc) \u003d Fe 2 (SO 4) 3 + SO 2 + 4H 2 O. يمكن الحصول عليها عن طريق التبادل تفاعلات الملح القابلة للذوبان. هذا مركب أبيض يتحول أولاً إلى اللون الأخضر في الهواء بسبب التفاعل مع رطوبة الهواء ، ثم يتحول إلى اللون البني بسبب أكسدة الأكسجين الجوي: 4Fe (OH) 2 + 2H 2 O + O 2 \u003d 4Fe (OH) 3.

3. الأملاح. كما سبق ذكره ، تتأكسد معظم أملاح Fe (II) ببطء في الهواء أو في محلول. الأكثر مقاومة للأكسدة هي ملح موهر - كبريتات الحديد المزدوجة (II) والأمونيوم: (NH 4) 2 Fe (SO 4) 2. 6H 2 O. يتأكسد الكاتيون Fe 2+ بسهولة إلى Fe 3+ ، وبالتالي فإن معظم العوامل المؤكسدة ، وخاصة عوامل مؤكسدة الحمض ، تعمل على أكسدة الأملاح الحديدية. عند إطلاق كبريتيد الحديد وثاني أكسيد الحديد ، يتم الحصول على أكسيد الحديد (III) وأكسيد الكبريت (IV): 4FeS 2 + 11O 2 \u003d 2Fe 2 O 3 + 8SO 2 يذوب كبريتيد الحديد (II) أيضًا في الأحماض القوية: FeS + 2HCl \u003d FeCl 2 + 2H 2 S كربونات الحديد (II) غير قابلة للذوبان ، بينما يذوب كربونات الهيدروجين في الماء.

Fe 3+فيما يتعلق بشحن إلى دائرة نصف قطرها هذا الكاتيون يتوافق مع الكاتيون الألومنيوم ,   لذلك ، تشبه خواص مركبات الكاتيون الحديدي (III) مركبات الألمنيوم المقابلة.

Fe 2 O 3 - هيماتيت ، أكسيد مذبذب ، تسود فيه الخصائص الرئيسية. تتجلى امفوتريتي في إمكانية صناعة السبائك بالكربونات القلوية الصلبة والمعادن القلوية: Fe 2 O 3 + 2NaOH \u003d H 2 O + 2NaFeO 2 - أصفر أو أحمر ، Fe 2 O 3 + Na 2 CO 3 \u003d 2NaFeO 2 + CO 2. تتحلل المياه بفريتس (II) عن طريق إطلاق Fe 2 O 3. nH 2 O.

Fe 3 O 4- المغنتيت ، مادة سوداء يمكن اعتبارها إما أكسيد مختلط - FeO. Fe 2 O 3 ، أو كأكسوميترات الحديد (II) (III): Fe (FeO 2) 2. عند التفاعل مع الأحماض يعطي مزيجًا من الأملاح: Fe 3 O 4 + 8HCl \u003d FeCl 2 + 2FeCl 3 + 4H 2 O.

Fe (OH) 3 أو FeO (OH) عبارة عن هيدروكسيد هيدروكسيد مذبذب بني محمر ، بني محمر. بالإضافة إلى التفاعلات مع الأحماض ، يتفاعل مع محلول قلوي ساخن التركيز ويتم دمجه مع القلويات الصلبة والكربونات: Fe (OH) 3 + 3KOH \u003d K 3.

الملح.معظم أملاح الحديد الحديدي قابلة للذوبان. مثل أملاح الألومنيوم ، فإنها تخضع للتحلل المائي القوي من خلال الكاتيون ، والذي في وجود أنيونات من الأحماض الضعيفة وغير المستقرة أو غير القابلة للذوبان يمكن أن يصبح لا رجعة فيه: 2FeCl 3 + 3Na 2 CO 3 + 3H 2 O \u003d 2Fe (OH) 3 + 3CO 2 + 6NaCl. عند غليان محلول كلوريد الحديد (III) ، يمكن أيضًا جعل التحلل المائي غير قابل للإلغاء ، لأن قابلية ذوبان كلوريد الهيدروجين مثل أي غاز عند تسخينه ويترك مجال التفاعل: FeCl 3 + 3H 2 O \u003d Fe (OH) 3 + 3HCl (عند تسخينه).

قدرة التأكسد لهذا الكاتيون مرتفعة للغاية ، خاصة فيما يتعلق بتحويل Fe 2+ إلى الكاتيون: Fe 3+ + ē \u003d Fe 2+ φ o \u003d 0.77v. نتيجة لذلك:

أ) تعمل حلول الأملاح الحديدية على أكسدة جميع المعادن حتى النحاس: 2Fe (NO 3) 3 + Cu \u003d 2Fe (NO 3) 2 + Cu (NO 3) 2 ،

ب) تحدث تفاعلات التبادل مع الأملاح التي تحتوي على أنيونات قابلة للتأكسد بسهولة في وقت واحد مع أكسدة: 2FeCl 3 + 2KJ \u003d FeCl 2 + J 2 + 2KCl 2FeCl 3 + 3Na 2 S \u003d 2FeS + S + 6NaCl

مثل الكاتيونات الأخرى ثلاثية التكافؤ ، يكون الحديد (III) قادرًا على تكوين كبريتات الشب المزدوجة مع الكاتيونات من المعادن القلوية أو الأمونيوم ، على سبيل المثال: NH 4 Fe (SO 4) 2. 12H 2 O.

مركبات معقدة.  كلا الكاتيونات الحديدية عرضة لتشكيل مجمعات أنيونية ، خاصة الحديد (III). FeCl 3 + KCl \u003d K ، FeCl 3 + Cl 2 \u003d Cl + -. يعكس التفاعل الأخير تأثير كلوريد الحديد (III) كمحفز للكلورة الكهربائية. تهم مجمعات السيانيد: 6KCN + FeSO 4 \u003d K 4 - سداسي البوتاسيوم (II) ، ملح الدم الأصفر. 2K 4 + Cl 2 \u003d 2K 3 + 2KCl - سداسي البوتاسيوم (III) ، ملح الدم الأحمر. يعطي مركب الحديد الحديدية ترسبًا أزرق أو محلولًا مع ملح حديدي ، اعتمادًا على نسبة المواد المتفاعلة. يحدث نفس التفاعل بين ملح الدم الأحمر وأي ملح حديدي. في الحالة الأولى ، كان الراسب يدعى اللون الأزرق البروسي ، في اللون الأزرق ذي الحبل الشائك. في وقت لاحق اتضح أن المحاليل لها على الأقل نفس التركيبة: K - بوتاسيوم الحديد (II ، III) hexacyanoferrate. ردود الفعل الموصوفة هي النوعية للوجود في حل الكاتيونات الحديد المقابلة. رد الفعل النوعي لوجود الكاتيون الحديدي هو ظهور لون أحمر-دموي عند التفاعل مع ثيوسيانات البوتاسيوم (الثيوسيانات): 2FeCl 3 + 6KCNS \u003d 6KCl + Fe.

الحديد +6. حالة الأكسدة +6 للحديد غير مستقرة. من الممكن الحصول على الأنيون FeO 4 2- فقط الموجود في الأس الهيدروجيني\u003e 7-9 ، ولكنه عامل مؤكسد قوي.

Fe 2 O 3 + 4KOH + 3KNO 3 \u003d 2K 2 FeO 4 + 3KNO 2 + 2H 2 O

Fe (نشارة الخشب) + H 2 O + KOH + KNO 3 \u003d K 2 FeO 4 + KNO 2 + H 2

2Fe (OH) 3 + 3Cl 2 + 10KOH \u003d 2K 2 FeO 4 + 6KCl + 6H 2 O

Fe 2 O 3 + KClO 3 + 4KOH \u003d 2K 2 FeO 4 + KCl + 2H 2 O

4K 2 FeO 4 + 6H 2 O \u003d 4FeO (OH) ↓ + 8KOH + 3O 2

4BaFeO 4 (التدفئة) \u003d 4BaO + 2Fe 2 O 3 + 3O 2

2K 2 FeO 4 + 2CrCl 3 + 2HCl \u003d FeCl 3 + K 2 Cr 2 O 7 + 2KCl + H 2 O

إنتاج الحديد في الصناعة:

أ) عملية المجال: Fe 2 O 3 + C \u003d 2FeO + CO

FeO + C \u003d Fe + CO

FeO + CO \u003d Fe + CO 2

ب) الألمنيوم: Fe 2 O 3 + Al \u003d Al 2 O 3 + Fe

CHROME - عنصر برقم مسلسل 24 ، وكتلة ذرية نسبية تبلغ 51.996. إنه ينتمي إلى مجموعة العناصر ثلاثية الأبعاد ، ولديه تكوين إلكتروني لـ 3d 5 4s 1 وفي النظام الدوري في المجموعة IV ، المجموعة السادسة ، المجموعة الفرعية الجانبية. حالات الأكسدة المحتملة: +1 ، +2 ، +3 ، +4 ، +5 ، +6. من هذه ، الأكثر استقرارا هي +2 ، +3 ، +6 ، و +3 لديه الحد الأدنى من الطاقة.

بفضل خواصه الفيزيائية ، يكون الكروم معدنًا رماديًا ولامعًا صلبًا بنقطة انصهار تبلغ 1890 درجة مئوية. وترجع قوة شبكة شبكتها البلورية إلى وجود خمسة إلكترونات d غير متزاوجة قادرة على التجليد التساهمي الجزئي.

الخواص الكيميائية لمادة بسيطة.

في درجات الحرارة المنخفضة ، يكون الكروم خاملًا بسبب وجود فيلم أكسيد ، ولا يتفاعل مع الماء والهواء.

1. يتفاعل مع الأكسجين عند درجات حرارة أعلى من 600 درجة مئوية. في هذه الحالة ، يتكون أكسيد الكروم (III) - Cr 2 O 3.

2. يحدث التفاعل مع الهالوجينات بطرق مختلفة: Cr + 2F 2 \u003d CrF 4 (في درجة حرارة الغرفة) ، 2Cr + 3Cl 2 (Br 2) \u003d 2CrCl 3 (Br 3) ، Cr + J 2 \u003d CrJ 2 (مع تسخين كبير ). يجب أن يقال أنه يمكن العثور على يوديد الكروم (III) ويتم الحصول عليه من خلال تفاعل التبادل في شكل هيدرات CrJ 3 البلورية. 9H 2 O ، لكن ثباتها الحراري صغير ، وعند تسخينها ، تتحلل إلى CrJ 2 و J 2.

3. عند درجات حرارة أعلى من 120 درجة مئوية ، يتفاعل الكروم مع الكبريت المصهور ، مما يعطي الكروم (II) كبريتيد - CrS (أسود).

4. عند درجات حرارة أعلى من 1000 درجة مئوية ، يتفاعل الكروم مع النيتروجين والكربون ، مما يعطي مركبات خاملة كيميائية غير كيميائية. من بينها ، يمكن ملاحظة كربيد مع تكوين CRC التقريبي ، والتي في صلابة تقترب الماس.

5. الكروم لا يتفاعل مع الهيدروجين.

6. يتفاعل التفاعل مع بخار الماء على النحو التالي: 2Cr + 3H 2 O \u003d Cr 2 O 3 + 3H 2

7. التفاعل مع الأحماض غير المؤكسدة سهل للغاية ، ويتكون مركب مائي 2+ من اللون الأزرق السماوي ، وهو مستقر فقط في حالة عدم وجود الهواء أو في جو من الهيدروجين. في وجود الأكسجين ، يتفاعل التفاعل بشكل مختلف: 4Cr + 12HCl + 3O 2 \u003d 4CrCl 3 + 6H 2 O. الأحماض المخففة المشبعة بالأكسجين تؤدي إلى إفساد الكروم الناتج عن تكوين فيلم أكسيد قوي على السطح.

8. العوامل المؤكسدة للحمض: حمض النتريك من أي تركيز ، يتسبب حمض البيركلوريك المركّز في إخماد الكروم ، بحيث لم يعد يتفاعل مع الأحماض الأخرى بعد المعالجة السطحية بهذه الأحماض. يتم إزالة التخميل عند تسخينها. في هذه الحالة ، يتم الحصول على أملاح الكروم (III) وثاني أكسيد الكبريت أو النيتروجين (من حمض البيركلوريك - كلوريد). يحدث التخميل الناتج عن تكوين فيلم الملح أثناء تفاعل الكروم مع حمض الفوسفوريك.

9. لا يتفاعل الكروم مباشرة مع القلويات ، لكنه يتفاعل مع ذوبان القلوية مع إضافة عوامل مؤكسدة: 2Cr + 2Na 2 CO 3 (g) + 3O 2 \u003d 2Na 2 CrO 4 + 2CO 2

10. يستطيع Chromium التفاعل مع المحاليل الملحية ، حيث يحل محل المعادن الأقل نشاطًا (يقف إلى يمينها في صف الجهد) من تركيبة الملح. في هذه الحالة ، يتحول الكروم نفسه إلى كاتيون Cr + +.

يتعلق الاختراع بصناعة الكيماويات ، ولا سيما بمصنع لإنتاج هيدروكسيد الألومنيوم والهيدروجين. يشمل التركيب جهازًا لخلط مسحوق الماء والألمنيوم المقسوم بدقة ، وهو مفاعل للتفاعل الكيميائي للمياه مع الألومنيوم ، مصحوبًا بتطور خليط الغاز المحتوي على الهيدروجين وتشكيل منتجات أكسدة الألومنيوم ، بالإضافة إلى جهاز لإزالة خليط الغاز المحتوي على الهيدروجين ومنتجات أكسدة الألومنيوم. تم تجهيز مفاعل التفاعل الكيميائي للمياه مع الألومنيوم بجهاز خلط وجهاز تشعيع بالموجات فوق الصوتية للتعليق الموجود داخل المفاعل. الاختراع يحسن إنتاجية العملية. 1 مريض.

أرقام لبراءات الاختراع للاتحاد الروسي 2350563

يتعلق الاختراع بالصناعة الكيميائية ، على وجه الخصوص ، بجهاز لإنتاج الهيدروجين وأكسيد الألومنيوم في محلول ضعيف من القلويات من معدن الألمنيوم عن طريق الأكسدة في مجال الموجات فوق الصوتية.

تستخدم هيدروكسيدات الألومنيوم في مختلف الصناعات مثل المواد الماصة ، والمواد الحفازة ، إلخ. تستخدم هيدروكسيدات الألومنيوم عالية النقاء في الصناعة الإلكترونية والبصرية في شكل مسحوق ناعم - على هيئة مساحيق خاصة ، للأقراص الصلبة أو الرؤوس الممغنطة ، وكذلك للحصول على المواد الخام اللازمة لادعاءات السيراميك والياقوت الصناعي والصفير للصناعات البصرية والإلكترونية ، لزيادة خصائص قوة الخرسانة في البناء الحرج.

يتعلق الاختراع ، على وجه الخصوص ، بطريقة لإنتاج هيدروكسيدات الألومنيوم من البوهيميت. تسمح هذه الطريقة بالحصول على الهيدروجين ، والذي يمكن استخدامه لإنتاج المواد الكيميائية ، والمعادن ، وإمدادات الطاقة المستقلة القائمة على الهيدروجين.

تتمثل الطريقة الرئيسية للإنتاج الصناعي لهيدروكسيدات الألومنيوم في عملية باير ، ويؤدي تجفيفها وتكلسها اللاحقين إلى إنتاج أكاسيد الألومنيوم (موسوعة كيميائية ، الطبعة "الموسوعة السوفيتية" ، M. ، 1988 ، الإصدار 1 ، المادة 2-214).

ومع ذلك ، لا توفر الطرق التقليدية لإنتاج هيدروكسيدات الألومنيوم درجة نقاء عالية للمنتج.

طريقة معروفة لإنتاج هيدروكسيدات الألومنيوم في شكل مسحوق ناعم ، والذي يتكون من خلط مركب ألومنيوم وسلائف للألمنيوم ومركب واحد على الأقل من المركبات المستخدمة في صناعة بلورات هيدروكسيد الألومنيوم ، يليه التكلس في جو يحتوي على كلوريد الهيدروجين (EP No. 1262457، C01F 7/02، publ. 04.12.2002).

ومع ذلك ، لا توفر هذه الطريقة مادة من النقاء والهيكل المطلوب. بالإضافة إلى ذلك ، فإن طريقة إنتاج هيدروكسيدات في شكل مواد هلامية غير مريحة لأن عزلتها يصعب ترشيحها ، بالإضافة إلى أن خطوات الطحن أو البثق ضرورية للحصول على مساحيق دقيقة.

يبدو أنه من الأسهل الحصول على هيدروكسيدات الألومنيوم عن طريق تفاعل معدن الألمنيوم مع الماء ، ومع ذلك ، بسبب تكوين فيلم أكسيد على سطح الألومنيوم ، يتناقص نشاطه بسرعة. لمنع هذه الظاهرة ، يتم استخدام إضافات مختلفة.

لذلك ، هناك طرق معروفة لإنتاج الهيدروجين ، والتي تتكون في تفاعل المعادن ، بما في ذلك الألومنيوم مع الماء (الولايات المتحدة رقم 3348919 ، 423-657 ، publ. 10.24.1967 ، رقم الولايات المتحدة 3985866 ، 423-657 ، publ. 12.10.1976). ومع ذلك ، في هذه الطرق ، بالإضافة إلى الألومنيوم ، يتم استخدام معادن أخرى - القلوية أو المعادن القلوية أو السبائك (EP No. 248960، С01В 3/086، publ. 16.12.1987).

في طرق أخرى (رقم الولايات المتحدة 2958582 ، 423-627 ، منشور رقم 01.10.1958 ، رقم الولايات المتحدة 2958583 ، 423-627 ، عنوان رقم 01.10.1958) للحصول على هيدروكسيدات الألومنيوم وهيدروجين ، من الضروري استخدام مواد إضافية تسهل تفاعل الكواشف ، على سبيل المثال ، الكميات الحفزية الأمينات العضوية. إدخال هذه المواد يجعل من المستحيل الحصول على هيدروكسيد الألومنيوم النقي. تتم عملية تفاعل الألومنيوم أو مركباته والهيدروجين في مرفق يتضمن مفاعلًا مع محرض ، حيث يتم تقديم كواشف البدء. يتضمن التثبيت مبادل حراري وفاصل وفلتر لفصل التعليق الناتج لهيدروكسيدات الألومنيوم مع الماء.

تعرف (رقم الولايات المتحدة 2758011 ، 423-627 ، publ. 07.08.1956) طريقة لإنتاج الألومينا في شكل boehmite (-AlOOH) ، والذي يتكون في التفاعل الذي تم تنفيذه في الأوتوكلاف ، الذي يحمل الماء والألمنيوم في شكل جزيئات دقيقة. ثم يتم تسخين الخليط إلى درجة حرارة تتراوح بين 482-705 درجة فهرنهايت (250-374 درجة مئوية) ، وبعد ذلك يبدأ التحريك عند نفس درجة الحرارة تحت ضغط يكفي للحفاظ على الماء في الطور السائل. تتم العملية لفترة كافية لتفاعل جميع الألومنيوم ، في الأمثلة المقدمة ، هذه المرة حوالي 4 ساعات. بعد أن يتفاعل كل الألومنيوم ، يتم إيقاف التحريك ، ويتم تبريد الأوتوكلاف مع خليط التفاعل وفصل هيدروكسيد الألومنيوم الناتج. يشمل التركيب لتنفيذ هذه الطريقة مفاعلًا مزودًا بمحرك ، وفتحات لإدخال الماء والألومنيوم المسحوق ، والحوض ، ومكثف لتلقي البخار والغاز. تنفيذ مثل هذه الطريقة على نطاق صناعي ليس متقدمًا تقنيًا بسبب وضعه الدوري ؛ هذه الطريقة لا تسمح لك بتغيير شكل المنتج الناتج وهو هيدروكسيد الألومنيوم.

طريقة معروفة لإنتاج الهيدروجين ، والتي تتكون في حقيقة أن المواد التي تحتوي على المعادن تتفاعل مع الماء. يتم تغليف المواد المحتوية على المعادن بغشاء بوليمر قابل للذوبان في الماء قبل إطعامه إلى المفاعل. يتم التفاعل في وسط مائي ، تتوافق معاملاته مع معلمات حالته فوق الحرجة ، مما يجعل من الممكن تنفيذ عملية احتراق طبقة تلو الأخرى للمواد المحتوية على المعادن مع تطور الهيدروجين (RU No. 2165388 ، С 3/10 ، publ. 04.07.2000).

يمكن استخدام مسحوق الألمنيوم كمواد تحتوي على المعادن ، ويمكن استخدام محلول من أكسيد البولي إيثيلين في كحول الديوكسين أو ميثيل كفيلم بوليمر قابل للذوبان في الماء. يبلغ ضغط الحالة فوق الحرجة للبيئة المائية أكثر من 22.12 ميجا باسكال ، ودرجة الحرارة أكثر من 647.3 كلفن (374 درجة مئوية). تسمح هذه الطريقة بالحصول على مزيج الهيدروجين من التركيبة: 96.1 المجلد ، الهيدروجين ، 3.9 المجلد ، أول أكسيد الكربون ؛ وتنفيذ تجديد المواد الخام. ومع ذلك ، فإن شكل عملية هيدروكسيد الألومنيوم الناتجة ليست boehmite.

من المعروف أن هناك عملية محسنة لإنتاج هيدروكسيد الألومنيوم عالي النقاء في صورة هيدرارجيليت ، والتي تشمل الخطوات التالية: (أ) إدخال الألومنيوم الصلب غير المسحوق ، ويفضل أن يكون في شكل سبائك ، في الماء الساخن عند حوالي 70 درجة مئوية للحصول على خليط تفاعل ؛ (ب) تحريك هذا الخليط لمدة 20 دقيقة ؛ (ج) إدخال مادة صلبة قلوية ، ويفضل هيدروكسيد الصوديوم ، في الخليط وتسخينه إلى درجة الغليان ؛ (د) خفض درجة الحرارة إلى 75-80 درجة مئوية والتحريك لمدة 60 دقيقة ؛ (هـ) خفض درجة الحرارة إلى درجة حرارة الغرفة ؛ و (و) ترشيح الخليط ، مما يؤدي إلى هيدروكسيد الألومنيوم عالي النقاء. تستخدم هذه الطريقة مادة إضافية - هيدروكسيد الصوديوم ، مما يساهم في تكوين الشوائب (رقم الولايات المتحدة 5435986 ، C01F 7/02 ، النشرة 25.07.1995).

طريقة معروفة لإنتاج هيدروكسيدات أو أكاسيد الألومنيوم والهيدروجين من الألمونيوم والماء المقطر ، تتميز بأنه من الألمونيوم المتناثر بدقة بحجم جسيم لا يزيد عن 20 ميكرون ، يتم تحضير تعليق من الألمنيوم المسحوق في الماء بنسبة Al: H 2 O \u003d 1: 4-16. . ، التي يتم تغذيتها باستمرار في مفاعل عالي الضغط ، حيث يتم رش تعليق من مسحوق الألمنيوم بقطر قطره لا يزيد عن 100 ميكرون في الماء عند درجة حرارة 220-900 درجة مئوية وضغط من 20-40 ميجا باسكال ، مع نسبة تعليق إلى الماء يبلغ وزنها 1: 50-100. بعد ساعات من الخروج عالية عند الضغط ، يتم تغذية الغاز في المكثف ويتم إزالة الهيدروجين منه ، ويتم نقل هيدروكسيد الألومنيوم أو أكسيد الألومنيوم إلى حوض التعليق. في هذه الحالة ، يتم الحصول على هيدروكسيد الألومنيوم من شكل البوهيميت عند درجة حرارة تتراوح بين 250 و 350 درجة مئوية ، وضغط من 32-35 ميجا باسكال مع نسبة Al: H 2 O \u003d 1: 8-12 أجزاء للوزن. (RU No. 2223221، C01F 7/42، ВВВВ 3/10، publ. 02/10/2004).

من نفس المصدر ، تثبيت معروف لتنفيذ الطريقة ، بما في ذلك الخلاط ، مفاعل ، خزان ترسيب للتعليق ، مكثف. في نفس الوقت ، فإن المفاعل عبارة عن جهاز عالي الضغط مجهز بفوهة لرش تعليق من الألمنيوم المسحوق في الماء بقطر لا يزيد عن 100 ميكرون. لتنفيذ هذه الطريقة ، قم أولاً بإعداد تعليق من مسحوق الألمنيوم (حجم الجسيمات يصل إلى 20 ميكرون ، ويفضل أن يصل إلى 5 ميكرون) في الماء بنسبة Al: H 2 O \u003d 1: 4-16. يتم تغذية هذا التشتت في المفاعل ، حيث يتم رشه في الماء تحت ضغط يتراوح من 20 إلى 40 ميجا باسكال عند درجة حرارة 220-900 درجة مئوية. من الضروري توفير رش دقيق للتعليق - يجب ألا يزيد حجم القطرة عن 100 ميكرون ، في حين أن نسبة التعليق إلى الماء هي 1: 50-100 جزء بالوزن ، مع الإزالة المستمرة للهيدروجين وأكسيد الألومنيوم.

تم اتخاذ هذا القرار المعروف كنموذج أولي.

من تحليل المنشورات المحلية والأجنبية ، يترتب على ذلك أن الطرق المعروفة حاليًا لا تضمن اكتمال أكسدة الألومنيوم بالماء وغير فعالة. بالإضافة إلى ذلك ، تستخدم هذه الطرق مساحيق ألومنيوم متناهية الصغر غالية الثمن وسبائك الألومنيوم المنشط. استخدام هذا الأخير لإنتاج الهيدروجين غير واعد ، لأن هذه هي طرق تستهلك الطاقة وغير فعالة.

يهدف الاختراع الحالي إلى حل المشكلة الفنية المتمثلة في إنشاء مصنع لعملية مستمرة ، والتي تسمح في وقت واحد بالحصول على هيدروكسيد الهيدروجين والألمنيوم بنقاء عالي للمنتج النهائي بأقل استهلاك ممكن للطاقة.

والنتيجة التقنية التي تحققت في هذه الحالة هي زيادة الكفاءة التشغيلية والإنتاجية عن طريق ضمان إنتاج الهيدروجين النقي ومنتجات أكسدة الألومنيوم مع الحفاظ على نظام درجة حرارة آمنة لمزيج العملية والقضاء على تكوين خليط متفجر من الهيدروجين مع الأكسجين.

يتم تحقيق النتيجة الفنية المحددة من خلال حقيقة أنه عند تركيب لإنتاج هيدروكسيد الألومنيوم وهيدروجين ، بما في ذلك جهاز لخلط مسحوق الماء والألمنيوم المقسوم بدقة ، وهو مفاعل للتفاعل الكيميائي للماء مع الألومنيوم ، مصحوبًا بإطلاق خليط غاز يحتوي على الهيدروجين وتشكيل منتجات أكسدة الألومنيوم ، وكذلك جهاز لإزالة الهيدروجين المحتوي على خليط الغاز ومنتجات أكسدة الألومنيوم ، مفاعل التفاعل الكيميائي للمياه مع الألومنيوم مجهز بجهاز خلط م وجهاز للإشعاع بالموجات فوق الصوتية للتعليق الموجود داخل المفاعل.

هذه الميزات مهمة ومترابطة مع تشكيل مجموعة مستقرة من الميزات الأساسية الكافية للحصول على النتيجة الفنية المحددة.

يتم توضيح الاختراع الحالي بواسطة مثال محدد ، مع ذلك ، ليس هو الوحيد الممكن ، ولكنه يوضح بوضوح إمكانية تحقيق مجموعة الميزات المذكورة أعلاه للنتيجة التقنية المطلوبة.

في الرسم - رسم تخطيطي لإنتاج هيدروكسيد الألومنيوم وإنتاج الهيدروجين.

في إطار الاختراع الحالي ، يتم عرض مخطط تدفق لإنتاج هيدروكسيد الألومنيوم في مفاعل عن طريق التنشيط فوق الصوتي لمسحوق معدن الألمنيوم في محلول قلوي ضعيف في وضع مستمر في الرسم ، لطريقة مستمرة لإنتاج هيدروجين وأكسيد النانو هيدروكسيد الألومنيوم في مفاعل بواسطة التنشيط بالموجات فوق الصوتية من مسحوق فلز الألومنيوم.

يشتمل جهاز إنتاج هيدروكسيد الألومنيوم والهيدروجين على جهاز لخلط مسحوق الماء والألمنيوم المقسوم بدقة بنسب محددة مسبقًا ، يتم تغذية هذا المزيج منه إلى مفاعل للتفاعل الكيميائي للماء مع الألومنيوم ، مصحوبًا بتطور الهيدروجين وتشكيل منتجات أكسدة الألومنيوم. يتكون المفاعل للتفاعل الكيميائي للماء مع الألومنيوم من ضغط منخفض مع وظيفة خلط دوران التعليق داخل المفاعل وهو مجهز بجهاز تشعيع بالموجات فوق الصوتية للتعليق داخل المفاعل عندما يتم تحريكه بالتناوب. تشكل أجهزة إزالة خليط الغاز المحتوي على الهيدروجين وأكسدة الألومنيوم تدفقات نقل المنتجات النهائية التي تم الحصول عليها في المفاعل.

يتضمن جهاز إنتاج الألومنيوم وهيدروكسيد الهيدروجين مقياس منصة 1 ، مفاعل مذيب 2 ، مفاعل 3 ، مكثف 4 ، عمود تجفيف 5 ، مرشح 6 ، مرشح 7 (أو جهاز طرد مركزي) ، فرن كهربائي 8 (مجفف) ، وطاحونة كروية 9 ، مبادل حراري 10. المفاعل 3 مجهز بجهاز استشعار الضغط ، مستشعر درجة حرارة المحلول في المفاعل ، مستشعر معدني في المحلول في المفاعل ، وجهاز خلط.

يتم تحضير محلول إلكتروليت بتركيز معين في مفاعل مذيب 2 عن طريق إذابة كمية القلويات الصلبة المقاسة بمقاييس المنصة 1 في الماء منزوع الأيونات. يتم توفير المحلول المحضر للمفاعل ، وفي نفس الوقت ، يتم تغذية تعليق من الماء والألمنيوم في المفاعل من خلال مضخة القياس ، حيث يتعرض المزيج إلى تشعيع بالموجات فوق الصوتية لكسر فيلم أكسيد من سطح جزيئات الألمنيوم ويبدأ أكسده في المفاعل 3 مع التحريك ودرجة حرارة الإلكتروليت داخل هذا المفاعل هي 65-70 درجة S. يتم غسل المنتج الناتج عن التفاعلات الكيميائية ، هيدروكسيد الألومنيوم النانوي ، من الإلكتروليت الموجود بالفلتر 7. يتم إرجاع المرشح الأول إلى مفاعل المذيب 2 لإعداد جزء جديد من محلول الإلكتروليت. من أجل تقليل الحمل على المرشح ، يتم فصل الرواسب المتخثرة بسهولة من طاف في المرشح- المرشح 6. يستخدم الطاف لتحضير محلول الإلكتروليت في المفاعل 2. بدلاً من المرشح 7 ، يُنصح في بعض الأحيان باستخدام جهاز طرد مركزي. يتم إجراء التجفيف والتكلس الضروريين للمنتج في فرن كهربائي 8. إذا كان المنتج يفقد قابليته للتدفق ، نتيجة للمعالجة الحرارية ، فقد تم طحنه في مطحنة كروية 9. يمكن استبدال الجهاز 7 و 8 و 9 بواسطة مجفف الرش.

يمر الهيدروجين المتطور عبر مكثف 4 لإزالة بخار الماء ، عمود التجفيف 5 ويتم إرساله إلى المجمع. يتم إرجاع المكثفات البخارية إلى المفاعل. 3. لتسخين الماء المضاف إلى المفاعل ، يتم توفير مبادل حراري 10 في الدائرة.

عند تنظيم الإنتاج المستمر لهيدروكسيد الألومنيوم ، يجب تزويد الماء بغلاف مفاعل المذيب لتسخين المنحل بالكهرباء إلى درجة الحرارة المطلوبة. لهذا ، يتم استخدام الحرارة المستخدمة في غلاف المفاعل 3.

يمكن تركيب الأجهزة والمعدات التكنولوجية المتقدمة لإنتاج هيدروكسيد الألومنيوم بسهولة على أساس المصانع الكهروكيميائية الموجودة. إن تكنولوجيا إنتاج هيدروكسيدات الألومنيوم والهيدروجين هي أنه من الألمنيوم المشتت بدقة ، مع حجم جسيم لا يزيد عن 20 ميكرون ، يتم إعداد تعليق من مسحوق الألمنيوم في الماء ، والذي يتم تغذيته بشكل مستمر في المفاعل من خلال وحدة تشعيع فوق صوتية. من الجزء العلوي من المفاعل ، يتم تغذية خليط البخار الناتج عن الهيدروجين إلى مكثف يتم فيه تكثيف البخار ، ويتم تزويد الهيدروجين إلى الجسر أو المستهلك من خلال نظام التجفيف. تتم إزالة هيدروكسيد الألومنيوم من أسفل المفاعل إلى مصفي الإيضاح. تعتمد تقنية إنتاج الهيدروجين وهيدروكسيد الألومنيوم فائق الدقة على تفاعل كيميائي مقدم وفقًا للمخطط.

المؤشرات المفضلة.

1. البساطة والموثوقية والاكتناز للتنفيذ بالمقارنة مع نظائرها.

2. انخفاض استهلاك الطاقة لكل 1 م 3 N و 2 كجم ALOOH: الموجات فوق الصوتية - 500 W · ساعة ، مضخة - 500 W · ساعة.

تكمن حداثة الطريقة في حقيقة أنه مع الإمداد المستمر المتحكم فيه بتعليق مائي من مسحوق الألمنيوم ، يتم تنشيطه بالموجات فوق الصوتية ، حيث يحدث التفاعل الكيميائي للماء مع الألومنيوم ، مصحوبًا بتطور الهيدروجين وتشكيل منتجات أكسدة الألومنيوم (هيدروكسيدات). بشكل عام ، فإن استخدام مزيج من العوامل المؤثرة في الطريقة المطورة يضمن إنتاج الهيدروجين النقي وأكسدة الألومنيوم ، والحفاظ على درجة حرارة آمنة لخليط العملية ويزيل تكوين خليط متفجر من الهيدروجين مع الأكسجين.

يتم تفعيل الألمنيوم وفقًا لتقنية المعالجة الأولية لمساحيق الألمنيوم التي تنتجها الصناعة باستخدام الموجات فوق الصوتية.

من نتائج الحسابات النظرية والدراسات التجريبية ، يترتب على ذلك أنه عند حرق 1 كجم من الألومنيوم في الوسط المائي ، جنبًا إلى جنب مع الطاقة الحرارية (17.1 MJ) ، يتم إطلاق كمية كبيرة من الهيدروجين عالي النقاء (1.165 نانومتر 3) وتشكيل أكثر من 2 كجم من هيدروكسيدات الألومنيوم النانوية التكلفة التي هي 50-400 دولار للكيلوغرام الواحد.

يتيح لك هذا استخدام هذه العملية لإنتاج الهيدروجين في أجهزة توليد الغاز المستقلة وذات الأداء العالي والكفاءة في استخدام الطاقة ، بما في ذلك وحدات اللحام بالغاز صغيرة الحجم والمستقلة.

عندما يتم حرق الهيدروجين المتولد في الأنظمة الحرارية والدفع ، فإن ناتج الطاقة (30.57 MJ / kg) يتجاوز تكلفة تجديد الوقود الأولي من الألومينا (26.3 MJ / kg). يتم توفير الطاقة أثناء التجديد الكامل لمكونات البداية (الألومنيوم والماء) دون انبعاث المكونات السامة في الغلاف الجوي.

تكلفة محددة من 1 MJ من الطاقة في احتراق الألومنيوم مع تجديد لاحقا عن طريق التحليل الكهربائي لأكسيد الألومنيوم هي أقل بكثير بالمقارنة مع حرق البنزين والكهرباء المائية.

يوفر توازن الطاقة في دورات الاحتراق والتجديد ربحًا بنسبة 16٪ تقريبًا من الطاقة بسبب حرق الهيدروجين المنطلق إلى الماء عن طريق الأكسجين الجوي. وبالتالي ، مع التجديد الكامل لكواشف البدء (الألمنيوم والماء) ، من الممكن توفير الطاقة الحرارية بشكل مستقل بتكلفة 1 MJ - 0.0015 دولار ، وهو أكثر ربحية من الناحية الاقتصادية من حرق الوقود الهيدروكربوني (0.007 دولار).

يمكن استخدام تقنيات الطاقة من الألومنيوم في أجهزة الطاقة المختلفة ، وكذلك لإنتاج الهيدروجين وأكسيد الألمنيوم عالي التشتت عالي النقاء ، الذي تبلغ قيمته السوقية لكل كيلوغرام واحد من 150 دولارًا إلى 400 دولار بتكلفة الألومنيوم المصدر 1،5-2 دولار لكل 1 كجم.

وبالتالي ، فإن الاختراع الحالي يسمح بإنتاج مشترك لهيدروكسيدات الألومنيوم لهيكل معين وهيدروجين عند تنفيذ الطريقة في وضع مستمر ، مع التحضير الأولي لتعليق الألومنيوم المسحوق في الماء. تتميز الطريقة الناتجة بعدم الفاقد والقدرة على التصنيع والإنتاجية العالية ، وكذلك السلامة البيئية.

ملخص الاختراع

تركيب لإنتاج هيدروكسيد الألومنيوم والهيدروجين ، بما في ذلك جهاز لخلط مسحوق الماء والألمنيوم المقسوم بدقة ، وهو مفاعل للتفاعل الكيميائي للمياه مع الألومنيوم ، يرافقه تطور خليط الغاز المحتوي على الهيدروجين وتشكيل منتجات أكسدة الألومنيوم ، وكذلك جهاز لإزالة خليط الغاز المحتوي على الهيدروجين ومنتجات أكسدة الألومنيوم ، حقيقة أن مفاعل التفاعل الكيميائي للماء مع الألومنيوم مجهز بجهاز خلط وجهاز بالموجات فوق الصوتية إشعاع التعليق الموجود داخل المفاعل.

"يتم توليد الهيدروجين فقط عند الضرورة ، لذلك يمكنك إنتاجه بنفس القدر الذي تحتاج إليه" ، أوضح وودال في ندوة الجامعة ، التي وصفت تفاصيل الاكتشاف. يمكن استخدام هذه التقنية ، على سبيل المثال ، مع محركات الاحتراق الداخلي الصغيرة في تطبيقات مختلفة - مولدات الطوارئ المحمولة ، وجزازة العشب والمناشير. من الناحية النظرية ، يمكن استخدامه على السيارات والشاحنات.

يتم إطلاق الهيدروجين تلقائيًا عند إضافة الماء إلى كرات مصنوعة من سبيكة من الألومنيوم والغاليوم. "في الوقت نفسه ، يتفاعل الألمنيوم في سبيكة صلبة مع الماء ، ويمزق الأكسجين من جزيئاته" ، يعلق وودال. وفقا لذلك ، يتم إطلاق الهيدروجين المتبقي في الفضاء المحيط.

يعد وجود الغاليوم أمرًا ضروريًا لمرور التفاعل ، لأنه يمنع تكوين فيلم أكسيد على سطح الألومنيوم أثناء أكسده. مثل هذا الفيلم عادة ما يمنع المزيد من أكسدة الألومنيوم ، بمثابة حاجز. في حالة انتهاك تكوينه ، سيستمر التفاعل إلى أن يتم استهلاك كل الألومنيوم.

اكتشف وودال هذه العملية باستخدام سبيكة الألومنيوم الغاليوم السائل في عام 1967 عندما كان يعمل في صناعة أشباه الموصلات. يقول: "قمت بتنظيف البوتقة التي تحتوي على سبيكة من الغاليوم والألومنيوم. وعندما أضفت الماء هناك ، حدث قطن قوي. بعد ذلك تقاعدت في المختبر ودرست لعدة ساعات ما حدث بالضبط ".

"يعد الغاليوم مكونًا ضروريًا ، لأنه يذوب في درجة حرارة منخفضة ويذوب الألومنيوم ، مما يجعل من الممكن التفاعل مع الماء. - يشرح وودال. "كان هذا اكتشافًا غير متوقع ، لأنه من المعروف أن الألومنيوم الصلب لا يتفاعل مع الماء."

منتجات التفاعل النهائي هي الغاليوم والألومينا. حرق الهيدروجين يؤدي إلى تكوين الماء. يقول وودال: "وبالتالي ، لا يتم الحصول على انبعاثات سامة. من المهم الإشارة إلى أن الغاليوم لا يشارك في التفاعل ، بحيث يمكن التخلص منه وإعادة استخدامه. هذا مهم ، لأن هذا المعدن الآن أغلى بكثير من الألمنيوم. ومع ذلك ، إذا بدأت استخدام هذه العملية على نطاق واسع ، فستكون صناعة التعدين قادرة على إنتاج غاليوم منخفض الجودة أرخص. للمقارنة ، فإن كل الغاليوم المستخدم حاليًا ينقى بدرجة عالية ويستخدم بشكل رئيسي في صناعة أشباه الموصلات. "

يقول وودال إنه بما أنه يمكن استخدام الهيدروجين بدلاً من البنزين في محركات الاحتراق الداخلي ، فمن الممكن استخدام التقنية في نقل السيارات. ومع ذلك ، من أجل التكنولوجيا للتنافس مع البنزين ، فمن الضروري خفض تكلفة الحد من الألومينا. "في الوقت الحالي ، تبلغ تكلفة رطل واحد من الألومنيوم أكثر من دولار واحد ، وبالتالي لا يمكنك الحصول على كمية الهيدروجين المكافئ للبنزين بسعر 3 دولارات للغالون الواحد" ، يوضح وودال.

ومع ذلك ، يمكن تخفيض تكلفة الألومنيوم إذا تم الحصول عليها من الأكسيد عن طريق التحليل الكهربائي ، وستذهب الكهرباء اللازمة له مع أو. في هذه الحالة ، يمكن إنتاج الألومنيوم في الحال ، وليس هناك حاجة لنقل الكهرباء ، مما يقلل من التكاليف الإجمالية. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن توجد مثل هذه الأنظمة في المناطق النائية ، وهو أمر مهم بشكل خاص عند بناء محطات الطاقة النووية. هذا النهج ، وفقا لوودال ، سوف يقلل من استخدام البنزين ، ويقلل من التلوث والاعتماد على واردات النفط.

يقول وودال: "نسميها طاقة الهيدروجين المعتمدة على الألمنيوم ، ولن تكون هناك صعوبة في تحويل محركات الاحتراق الداخلي إلى الهيدروجين". كل ما نحتاج إليه هو استبدال حاقن الوقود بحمض الهيدروجين ".

يمكن أيضًا استخدام النظام لتشغيل خلايا الوقود. في هذه الحالة ، يمكن أن ينافس بالفعل محركات البنزين - حتى مع ارتفاع تكلفة الألومنيوم اليوم. يقول وودال: "تبلغ كفاءة أنظمة خلايا الوقود 75 ٪ ، في حين أن محرك الاحتراق الداخلي يبلغ 25 ٪ ، وبالتالي ، بمجرد توفر التكنولوجيا على نطاق واسع ، ستصبح تقنية استرداد الهيدروجين قابلة للحياة اقتصاديًا."

يؤكد العلماء على قيمة الألومنيوم لتوليد الطاقة. ويوضح وودال: "معظم الناس لا يعرفون كمية الطاقة الموجودة فيه. كل رطل (450 جرام) من المعدن يمكن أن يعطي 2 كيلو وات * ساعة عند حرق الهيدروجين المنطلق ، ونفس كمية الطاقة في شكل حرارة. وبالتالي ، فإن سيارة متوسطة مزودة بخزان مملوءة بكرات من سبائك الألومنيوم (حوالي 150 كجم) ستكون قادرة على قيادة حوالي 600 كم ، وستتكلف 60 دولارًا (من المفترض أن يتم التخلص من أكسيد الألومنيوم بعد ذلك). للمقارنة ، إذا وضعت الغاز في الخزان ، فسوف أتلقى 6 كيلو واط * ساعة من كل رطل ، وهو ما يزيد بمقدار 2.5 مرة عن الطاقة من رطل من الألومنيوم. بمعنى آخر ، سأحتاج إلى 2.5 مرة من الألومنيوم للحصول على نفس كمية الطاقة. ومع ذلك ، من المهم أن أستبعد البنزين تمامًا وأن أستخدم مادة رخيصة متوفرة في الولايات المتحدة الأمريكية بدلاً من ذلك. "