विज्ञान कथा के लिए सबसे अच्छी विशेषता और, सिद्धांत रूप में, भविष्य में हम सभी द्वारा अपेक्षित - यह एक कार टैंक में पानी से भर जाता है और बंद हो जाता है। अब हाइड्रोजन को काफी समय से माना जाता है और कुछ स्थानों पर पर्यावरण के अनुकूल प्रकार के ईंधन के रूप में उपयोग किया जाता है। लेकिन हाइड्रोजन ईंधन का व्यापक उपयोग आज कई अनसुलझे समस्याओं से बाधित है, जिनमें से मुख्य हैं भंडारण और परिवहन।

और यहाँ, पानी से सीधे कार में इसका सीधा उत्पादन सबसे अच्छा विकल्प होगा।

ऐसा लगता है कि हम इसके और करीब आ रहे हैं ...

यूएस आर्मी रिसर्च लेबोरेटरी के शोधकर्ताओं के एक समूह ने मैरीलैंड के पास एबरडीन प्रोविंग ग्राउंड में प्रयोगों का संचालन करते हुए एक यादृच्छिक खोज की। एक विशेष एल्यूमीनियम मिश्र धातु की एक पट्टी पर पानी गिराया गया, जिसकी संरचना अभी भी गुप्त रखी गई है, शोधकर्ताओं ने हाइड्रोजन के तेजी से विकास की प्रक्रिया को देखा जो तुरंत शुरू हो गया था।

एक स्कूल रसायन विज्ञान पाठ्यक्रम से, अगर कोई और इसे याद करता है, तो हाइड्रोजन पानी और एल्यूमीनियम के बीच प्रतिक्रिया का एक उप-उत्पाद है। हालांकि, यह प्रतिक्रिया आमतौर पर केवल पर्याप्त उच्च तापमान पर या विशेष उत्प्रेरकों की उपस्थिति में होती है। और फिर यह काफी "इत्मीनान" से जाता है, एक हाइड्रोजन कार के टैंक को भरने में लगभग 50 घंटे लगते हैं, और हाइड्रोजन उत्पादन की इस विधि की ऊर्जा दक्षता 50 प्रतिशत से अधिक नहीं होती है।

उपरोक्त सभी प्रतिक्रिया के लिए प्रासंगिक नहीं है जिसमें एक नया एल्यूमीनियम मिश्र धातु शामिल है। ", इस प्रतिक्रिया की प्रभावशीलता 100 प्रतिशत के करीब आती है, और प्रतिक्रिया स्वयं" त्वरित "तीन मिनट से भी कम समय में अधिकतम उत्पादकता के लिए होती है," स्कॉट ग्रेंडहल, अनुसंधान टीम के प्रमुख ने कहा।

एक ऐसी प्रणाली का उपयोग करना जो आवश्यकतानुसार हाइड्रोजन का उत्पादन करती है, बहुत सारी समस्याओं का समाधान करती है। पानी और एल्यूमीनियम मिश्र धातु को आसानी से एक स्थान से दूसरे स्थान तक पहुंचाया जाता है, ये दोनों पदार्थ अपने आप निष्क्रिय और स्थिर हैं। दूसरी बात, प्रतिक्रिया शुरू करने के लिए, किसी उत्प्रेरक की आवश्यकता नहीं है, न ही एक प्रारंभिक आवेग, जैसे ही मिश्र धातु के संपर्क में आता है, प्रतिक्रिया शुरू हो जाती है।

उपरोक्त सभी का मतलब यह नहीं है कि शोधकर्ताओं ने हाइड्रोजन ईंधन के क्षेत्र में एक रामबाण पाया। इस मामले में, अभी भी कई मुद्दे हैं जिन्हें स्पष्ट या स्पष्ट करने की आवश्यकता है। पहला सवाल यह है कि क्या प्रयोगशाला के बाहर हाइड्रोजन के उत्पादन के लिए इस तरह की योजना काम करेगी, क्योंकि ऐसे कई उदाहरण हैं जहां प्रयोगात्मक तकनीक प्रयोगशाला की स्थितियों में ठीक काम करती हैं, लेकिन क्षेत्र परीक्षणों में पूरी तरह से विफल हो जाती हैं। दूसरा सवाल एल्यूमीनियम मिश्र धातु के उत्पादन की जटिलता और लागत का सवाल है, प्रतिक्रिया उत्पादों के उपयोग की लागत, जो हाइड्रोजन के उत्पादन के लिए एक नई विधि की आर्थिक व्यवहार्यता का निर्धारण करने वाले कारक बन जाएंगे।

निष्कर्ष में, यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि ऊपर वर्णित मुद्दों को स्पष्ट करने में बहुत समय नहीं लगेगा। और उसके बाद ही हाइड्रोजन ईंधन के उत्पादन के लिए नई पद्धति की आगे व्यवहार्यता के बारे में निष्कर्ष निकालना संभव होगा।

पुनश्च। ध्यान आकर्षित करने वाली पहली तस्वीर में डेलोरियन :-)

सूत्रों का कहना है

हाइड्रोजन एकमात्र ऐसी गैस है जो एल्यूमीनियम और इसके मिश्र धातुओं में विशेष रूप से घुलती है। इसकी घुलनशीलता तापमान और दबाव के वर्गमूल के अनुपात में भिन्न होती है। जैसा कि आकृति में दिखाया गया है, तरल एल्यूमीनियम में हाइड्रोजन की घुलनशीलता ठोस एल्यूमीनियम की तुलना में काफी अधिक है: क्रमशः 0.65 और 0.034 मिलीलीटर / 100 ग्राम। ये मान मिश्र धातुओं की रासायनिक संरचना के आधार पर थोड़ा भिन्न होते हैं। जब हाइड्रोजन सामग्री के साथ पिघला हुआ एल्यूमीनियम का ठंडा और जमना ठोस अवस्था में इसकी घुलनशीलता से काफी अधिक होता है, तो इसे (हाइड्रोजन) आणविक रूप में छोड़ा जा सकता है, जिससे प्राथमिक या माध्यमिक छिद्रों का निर्माण होगा।

एल्यूमीनियम का हाइड्रोजन छिद्र

एल्यूमीनियम में हाइड्रोजन बुलबुले का गठन शीतलन और जमने की दर पर निर्भर करता है, साथ ही हाइड्रोजन के विकास के लिए न्यूक्लियेशन केंद्रों की उपस्थिति पर भी होता है, जैसे कि पिघल के अंदर फंसे ऑक्साइड। इसलिए, ठोस एल्यूमीनियम में हाइड्रोजन की विलेयता की तुलना में पोरसिटी के गठन में भंग हाइड्रोजन की सामग्री की एक महत्वपूर्ण अतिरिक्त की आवश्यकता होती है। न्यूक्लिएशन केंद्रों की अनुपस्थिति में, हाइड्रोजन के विकास के लिए हाइड्रोजन की अपेक्षाकृत उच्च सांद्रता की आवश्यकता होती है - लगभग 0.30 मिली / 100 ग्राम। कई औद्योगिक मिश्र धातुओं में, पोरोसिटी का पता नहीं लगाया जाता है, जैसे कि 0.15 मिली / 100 ग्राम।

एल्यूमीनियम कास्टिंग में हाइड्रोजन

कठोर एल्यूमीनियम में हाइड्रोजन का स्थान तरल एल्यूमीनियम में अपने स्तर पर निर्भर करता है और जिन परिस्थितियों में सख्त हुआ है। चूँकि हाइड्रोजन पोरसिटी की उपस्थिति न्यूक्लियेशन और ग्रोथ मैकेनिज्म का परिणाम है जो प्रसार द्वारा नियंत्रित होती है, हाइड्रोजन की सांद्रता में कमी और जमने की दर में वृद्धि का न्यूक्लियेशन और पोर्स के विकास पर अत्यधिक प्रभाव पड़ता है। इस कारण से, कास्टिंग जो उदाहरण के लिए बनाई गई कास्टिंग की तुलना में हाइड्रोजन से जुड़े दोषों के लिए अधिक संवेदनशील हैं।

एल्यूमीनियम में हाइड्रोजन के स्रोत

हाइड्रोजन कई स्रोतों से एल्यूमीनियम में प्रवेश करता है, जिसमें भट्ठी का वातावरण, चार्ज सामग्री, फ्लक्स, गलाने के उपकरण और पिघले हुए एल्यूमीनियम और मोल्ड के बीच प्रतिक्रियाएं शामिल हैं।

फर्नेस का माहौल। यदि स्मेल्टर प्राकृतिक गैस पर चलता है या, ईंधन तेल पर, तो मुक्त हाइड्रोजन के निर्माण के साथ ईंधन का अधूरा दहन संभव है।

सामग्री चार्ज करें। इनगॉट्स, स्क्रैप और फाउंड्री रिटर्न में ऑक्साइड, जंग उत्पाद, रेत और अन्य फाउंड्री की रूपरेखा, साथ ही स्नेहक भी शामिल हो सकते हैं जो मशीनिंग में उपयोग किए जाते हैं। ये सभी प्रदूषक हाइड्रोजन के संभावित स्रोत हैं, जो कार्बनिक पदार्थों की बहाली या जल वाष्प के रासायनिक अपघटन के दौरान बनता है।

फ्लक्सिंग एजेंट।  अधिकांश प्रवाह लवण होते हैं और सभी लवण हाइग्रोस्कोपिक होते हैं, अर्थात्, आनंद के साथ पानी को "अवशोषित" करने के लिए तैयार है। इसलिए, गीला प्रवाह अनिवार्य रूप से पिघल में हाइड्रोजन का परिचय देता है, जो पानी के रासायनिक अपघटन द्वारा बनता है।

पिघलने के उपकरण।  चोटियों, स्क्रेपर्स और फावड़ियों जैसे गलाने वाले उपकरण भी हाइड्रोजन के स्रोत हो सकते हैं, अगर उन्हें साफ न रखा जाए। ऐसे उपकरणों पर ऑक्साइड और फ्लक्स अवशेष विशेष रूप से संदूषण के मुश्किल स्रोत हैं, क्योंकि वे आसपास की हवा से सीधे नमी को अवशोषित करते हैं। फर्नेस रेफ्रेक्ट्रीज, गटर और डिस्ट्रीब्यूशन चैनल, चूना और सीमेंट मोर्टार, सैंपलिंग लैडल्स हाइड्रोजन के सभी संभावित स्रोत हैं, खासकर यदि वे पर्याप्त रूप से सूखे नहीं हैं।

तरल एल्यूमीनियम और मोल्ड के बीच बातचीत।  यदि मोल्ड के भरने के दौरान, तरल धातु अत्यधिक अशांत रूप से बहती है, तो यह हवा को अपनी आंतरिक मात्रा में फंसा सकता है। यदि ठोसकरण शुरू होने से पहले हवा बाहर निकलने का समय नहीं है या नहीं है, तो हाइड्रोजन धातु में प्रवेश करेगा। गलत तरीके से बनाए गए मोल्ड फीडर भी हवा के फंसने का कारण बन सकते हैं। हाइड्रोजन का एक अन्य स्रोत अत्यधिक रेत के सांचे हैं।

हाइड्रोजन के साथ एल्यूमीनियम की प्रतिक्रिया

यह माना जाता है कि एल्यूमीनियम, अधिकांश धातुओं की तरह, हाइड्रोजन के साथ सीधे प्रतिक्रिया नहीं करता है। आमतौर पर धातुएं इलेक्ट्रॉनों के नुकसान से यौगिक बनाती हैं, जिन्हें अन्य तत्वों द्वारा स्वीकार किया जाता है। हाइड्रोजन भी यौगिक बनाता है, इलेक्ट्रॉनों को खो देता है (या इलेक्ट्रॉनों को साझा करता है)। इसलिए, आमतौर पर हाइड्रोजन परमाणु इलेक्ट्रॉनों को स्वीकार नहीं करते हैं जो यौगिक बनाने के लिए धातुओं का दान करते हैं। केवल कुछ बहुत ही प्रतिक्रियाशील धातुएँ, जैसे कि सोडियम, पोटेशियम, कैल्शियम और मैग्नीशियम हाइड्रोजन परमाणुओं को अपने इलेक्ट्रॉनों को स्वीकार करने के लिए "आयन" बल प्रदान कर सकते हैं ताकि इन धातुओं के हाइड्राइड्स नामक ठोस आयनिक यौगिक बन सकें।

हाइड्रोजन और एल्यूमीनियम से एल्यूमीनियम हाइड्राइड के प्रत्यक्ष संश्लेषण के लिए लगभग 2,000,000,000 वायुमंडल के एक पागल दबाव और 800 K के ऊपर तापमान की आवश्यकता होती है। इस बीच, एल्यूमीनियम हाइड्राइड जैसे एक यौगिक मौजूद है। एल्यूमीनियम हाइड्राइड एक अस्थिर यौगिक है जो 100 डिग्री सेल्सियस से ऊपर के तापमान पर आसानी से विघटित होता है। इसे सीधे प्राप्त नहीं किया जाता है, लेकिन अन्य यौगिकों की प्रतिक्रियाओं के परिणामस्वरूप।

एल्यूमीनियम

एल्यूमीनियम सीरियल नंबर 13, सापेक्ष परमाणु द्रव्यमान वाला एक तत्व है - 26.98154। यह III अवधि, III समूह, मुख्य उपसमूह में स्थित है। इलेक्ट्रॉनिक कॉन्फ़िगरेशन: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1 3 डी 0। एल्यूमीनियम का एक स्थिर ऑक्सीकरण राज्य "+3" है। इस मामले में बनने वाले राशन में एक रईस गैस का खोल होता है, जो इसकी स्थिरता में योगदान देता है, लेकिन त्रिज्या के आवेश का अनुपात, यानि आवेश की सांद्रता काफी अधिक होती है, जिससे धनायन की ऊर्जा बढ़ जाती है। यह सुविधा इस तथ्य की ओर ले जाती है कि, आयनिक यौगिकों के साथ, एल्यूमीनियम कई सहसंयोजक यौगिकों का निर्माण करता है, और इसका उद्धरण समाधान में महत्वपूर्ण हाइड्रोलिसिस से गुजरता है।

अल्युमीनियम केवल 1500 ° C। Al 2 O और AlCl से ऊपर के तापमान पर ही मैं वैधता प्रदर्शित कर सकता हूँ।

इसके भौतिक गुणों के अनुसार, एल्यूमीनियम उच्च तापीय और विद्युत चालकता के साथ एक विशिष्ट धातु है, जो केवल चांदी और तांबे के लिए दूसरा है। एल्यूमीनियम की आयनीकरण क्षमता बहुत अधिक नहीं है, इसलिए कोई भी इससे महान रासायनिक गतिविधि की उम्मीद कर सकता है, लेकिन यह इस तथ्य के कारण काफी कम हो गया है कि इसकी सतह पर एक मजबूत ऑक्साइड फिल्म के निर्माण के कारण धातु को हवा में पारित किया जाता है। यदि धातु सक्रिय है: ए) यांत्रिक रूप से फिल्म को हटा दें, बी) अमलगमेट (पारा के साथ प्रतिक्रिया), सी) एक पाउडर का उपयोग करें, तो ऐसी धातु इतनी प्रतिक्रियाशील हो जाती है कि यह नमी और ऑक्सीजन के साथ भी संपर्क करती है, प्रक्रिया के अनुसार ढह जाती है:

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

सरल पदार्थों के साथ बातचीत।

1. पाउडर एल्यूमीनियम मजबूत हीटिंग के साथ प्रतिक्रिया करता है   ऑक्सीजन के साथ।पारित होने के कारण इन स्थितियों की आवश्यकता होती है, और एल्यूमिना के गठन की बहुत ही प्रतिक्रिया अत्यधिक एक्सोथर्मिक है - 1676 केजे / मोल गर्मी जारी की जाती है।

2. क्लोरीन और ब्रोमीन के साथमानक स्थितियों के तहत प्रतिक्रिया करता है, यहां तक \u200b\u200bकि उनके वातावरण में आग पकड़ने में सक्षम है। केवल प्रतिक्रिया नहीं करता है फ्लोराइड के साथ  क्योंकि एल्यूमीनियम फ्लोराइड, ऑक्साइड की तरह, धातु की सतह पर एक सुरक्षात्मक नमक फिल्म बनाता है। आयोडीन के साथगर्म होने पर और उत्प्रेरक के रूप में पानी की उपस्थिति में प्रतिक्रिया करता है।

3. ग्रे के साथसंलयन के दौरान प्रतिक्रिया करता है, एल्यूमीनियम सल्फाइड रचना दे अल 2 एस 3।

4. सी फॉस्फोरस भी प्रतिक्रिया करता है जब फॉस्फाइड बनाने के लिए गर्म किया जाता है: एल्प।

5. प्रत्यक्ष हाइड्रोजन के साथएल्यूमीनियम बातचीत नहीं करता है।

6. नाइट्रोजन के साथएल्युमिनियम नाइट्राइड (AlN) देते हुए 800 के साथ इंटरैक्ट करता है। यह कहा जाना चाहिए कि एल्यूमीनियम ऐसे तापमान पर हवा में जलता है, इसलिए, दहन के उत्पाद (हवा की संरचना को ध्यान में रखते हुए) ऑक्साइड और नाइट्राइड दोनों हैं।

7. कार्बन के साथ  एल्यूमीनियम एक उच्च तापमान पर भी बातचीत करता है: 2000 ° C। संरचना का एल्यूमीनियम कार्बाइड Al 4 C 3 मैथेनाइड्स से संबंधित है, इसमें C - C बॉन्ड नहीं है, और मीथेन हाइड्रोलिसिस के दौरान जारी किया जाता है: Al 4 C 3 + 12H 2 O 4Al (OH ) 3 + 3CH 4

जटिल पदार्थों के साथ बातचीत

1. पानी के साथसक्रिय (एक सुरक्षात्मक फिल्म से रहित) एल्यूमीनियम सक्रिय रूप से हाइड्रोजन विकास के साथ बातचीत करता है: 2Al (अधिनियम।) + 6H 2 O \u003d 2Al (OH) 3 + 3H 2 एल्यूमीनियम हाइड्रोक्साइड एक ढीले सफेद पाउडर के रूप में प्राप्त होता है, फिल्म की अनुपस्थिति प्रतिक्रिया के साथ हस्तक्षेप नहीं करती है।

2. एसिड के साथ प्रतिक्रिया:क) एल्यूमीनियम सक्रिय रूप से गैर-ऑक्सीकरण एसिड के साथ समीकरण के अनुसार बातचीत करता है: 2Al + 6H 3 O + 6H 2 O \u003d 2 3+ + 3H 2।

बी) ऑक्सीकरण एसिड के साथ, बातचीत निम्नलिखित विशेषताओं के साथ होती है। केंद्रित नाइट्रिक और सल्फ्यूरिक एसिड, साथ ही साथ बहुत पतला नाइट्रिक एसिड ठंड में एल्यूमीनियम (तेजी से सतह ऑक्सीकरण) एक ऑक्साइड फिल्म के गठन की ओर जाता है। जब गर्म किया जाता है, तो फिल्म टूट जाती है और प्रतिक्रिया गुजरती है, लेकिन गर्म होने पर केंद्रित एसिड से केवल उनकी न्यूनतम कमी के उत्पादों को अलग किया जाता है: 2Al + 6H 2 SO 4 (conc) \u003d Al 2 (SO 4) 3 + 3SO 2 6H 2 O Al / 6HNO 3 ( conc) \u003d अल (NO 3) 3 + 3NO 2 + 3H 2 O मध्यम रूप से पतला नाइट्रिक एसिड के साथ, प्रतिक्रिया की स्थिति के आधार पर, NO, N 2 O, N 2, NH 4 + प्राप्त किया जा सकता है।

3। क्षार के साथ सहभागिता।एल्युमिनियम एक एम्फ़ोटेरिक तत्व (रासायनिक गुणों में) है, क्योंकि धातुओं के लिए पर्याप्त रूप से बड़ी विद्युत-शक्ति है - 1.61। इसलिए, यह हाइड्रोक्सीकोप्लेक्स और हाइड्रोजन के गठन के साथ क्षार समाधान में काफी आसानी से घुलनशील है। हाइड्रॉक्सोकोम्पलेक्स की संरचना अभिकर्मकों के अनुपात पर निर्भर करती है: 2Al + 2NaOH + 6H 2 O \u003d 2Na + 3H 2 2Al + 6NaOH + 6H 2 O \u003d 2Na3 + 3H 2 एल्यूमीनियम और हाइड्रोजन का अनुपात उनके और रीडॉक्स के इलेक्ट्रॉनिक संतुलन द्वारा निर्धारित होता है। निर्भर नहीं है।

4. ऑक्सीजन के लिए कम आयनीकरण क्षमता और उच्च आत्मीयता (ऑक्साइड की उच्च स्थिरता) इस तथ्य को जन्म देती है कि एल्यूमीनियम सक्रिय रूप से संपर्क करता है कई धातुओं के ऑक्साइडउन्हें बहाल करना। प्रतिक्रियाएं ताप के आगे विकास के साथ प्रारंभिक ताप पर होती हैं, जिससे तापमान 1200 तक बढ़ जाता है - 3000 о С. 75% एल्यूमीनियम पाउडर और 25% (वजन द्वारा) का मिश्रण Fe 3 O 4 को "दीमक" कहा जाता है। पहले, इस मिश्रण की दहन प्रतिक्रिया का उपयोग वेल्डिंग रेल के लिए किया गया था। एल्यूमीनियम का उपयोग करने वाले ऑक्साइड से धातुओं की कमी को एल्युमनीज़मी कहा जाता है और उद्योग में इसका उपयोग मैंगनीज, क्रोमियम, वैनेडियम, टंगस्टन, और फेरोलोय जैसे धातुओं के उत्पादन की विधि के रूप में किया जाता है।

5. नमक के घोल के साथएल्यूमीनियम दो अलग-अलग तरीकों से बातचीत करता है। 1. यदि, हाइड्रोलिसिस के परिणामस्वरूप, नमक के घोल में एक अम्लीय या क्षारीय वातावरण होता है, तो हाइड्रोजन को छोड़ दिया जाता है (अम्लीय समाधान के साथ, प्रतिक्रिया केवल महत्वपूर्ण हीटिंग के साथ होती है, क्योंकि सुरक्षात्मक ऑक्साइड फिल्म एसिड की तुलना में क्षार में बेहतर रूप से घुल जाती है)। 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. एल्यूमीनियम नमक संरचना से धातुओं को विस्थापित कर सकता है, जो कि वोल्टेज लाइन के दाईं ओर हैं, अर्थात वास्तव में इन धातुओं के उद्धरणों द्वारा ऑक्सीकरण किया जाएगा। ऑक्साइड फिल्म के कारण, यह प्रतिक्रिया हमेशा नहीं होती है। उदाहरण के लिए, क्लोराइड आयन फिल्म को तोड़ने में सक्षम हैं, और प्रतिक्रिया 2Al + 3FeCl 2 \u003d 2AlCl 3 + 3Fe गुजरती है, और कमरे के तापमान पर सल्फेट्स के साथ एक समान प्रतिक्रिया काम नहीं करेगी। सक्रिय एल्यूमीनियम के साथ, कोई भी इंटरैक्शन जो सामान्य नियम का खंडन नहीं करता है वह काम करेगा।

एल्यूमीनियम यौगिक।

1. ऑक्साइड (अल 2 ओ 3)। कई संशोधनों के रूप में जाना जाता है, जिनमें से अधिकांश बहुत टिकाऊ और रासायनिक रूप से निष्क्रिय हैं। Α-Al 2 O 3 का संशोधन स्वाभाविक रूप से कोरन्डम खनिज के रूप में होता है। इस यौगिक के क्रिस्टल जाली में, एल्युमीनियम केेशनों को कभी-कभी आंशिक रूप से अन्य धातुओं के उद्धरणों द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है, जो खनिज को एक रंग देता है। Cr (III) का एक मिश्रण लाल रंग देता है, इस तरह का कोरन्डम पहले से ही माणिक रत्न है। Ti (III) और Fe (III) का एक मिश्रण नीला नीलम देता है। अनाकार संशोधन रासायनिक रूप से सक्रिय है। एल्यूमिना एक विशिष्ट एम्फ़ोटेरिक ऑक्साइड है जो एसिड और एसिड ऑक्साइड दोनों के साथ प्रतिक्रिया करता है, और क्षार और बुनियादी ऑक्साइड के साथ, क्षार के साथ पसंद किया जाता है। समाधान में और संलयन के दौरान ठोस चरण में प्रतिक्रिया उत्पादों में अंतर होता है: Na 2 O + Al 2 O 3 \u003d 2NaAlO 2 (संलयन) - सोडियम मेटाऑल्युमेट, 6NaOH + Al 2 O 3 \u003d 2Na 3 AlO 3 + 3H 2 O (संलयन) - orthoaluminate सोडियम, Al 2 O 3 + 3CrO 3 \u003d Al 2 (CrO 4) 3 (फ्यूजन) - एल्यूमीनियम क्रोमेट। ऑक्साइड और ठोस क्षार के अलावा, अल्युमिनियम के दौरान एल्युमीनियम वाष्पशील एसिड ऑक्साइड द्वारा निर्मित लवण के साथ प्रतिक्रिया करता है, उन्हें नमक संरचना से विस्थापित करता है: K 2 CO 3 + Al 2 O 3 \u003d 2KAlO 2 + CO समाधान में 2 प्रतिक्रियाएं: 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 - सोडियम टेट्राहाइड्रॉक्सोएलुमिनेट। Tetrahydroxoaluminate आयन वास्तव में 1- tetrahydroxodiaquaanion है, क्योंकि एल्यूमीनियम के लिए समन्वय संख्या 6 बेहतर है। क्षार की अधिकता के साथ, हेक्साहाइड्रॉक्सोएलुमिनेट बनता है: अल 2 ओ 3 + 6NOH + 3H 2 O \u003d 2Na 3। एसिड और क्षार के अलावा, एसिड लवण के साथ प्रतिक्रिया की उम्मीद की जा सकती है: 6KHSO 4 + Al 2 O 3 \u003d 3K 2 SO 4 + Al 2 (SO 4) 3 + 3H 2 O।

3. एल्यूमीनियम हाइड्रॉक्साइड। दो एल्यूमीनियम हाइड्रॉक्साइड ज्ञात हैं - मेटाहाइड्रॉक्साइड-एलएलओ (ओएच) और ऑर्थोहाइड्रोक्साइड-एल (ओएच) 3। वे दोनों पानी में नहीं घुलते, बल्कि उभयचर होते हैं, इसलिए वे अम्ल और क्षार के घोल में घुल जाते हैं, साथ ही हाइड्रोलिसिस के परिणामस्वरूप अम्लीय या क्षारीय माध्यम वाले लवण होते हैं। संलयन में, हाइड्रॉक्साइड ऑक्साइड के समान प्रतिक्रिया करते हैं। सभी अघुलनशील आधारों के रूप में, एल्यूमीनियम हाइड्रॉक्साइड गर्म होने पर विघटित हो जाते हैं: 2Al (OH) 3 \u003d Al 2 O 3 + 3H 2 O. जब क्षारीय विलयनों में विघटित हो जाते हैं, तो एल्युमिनियम अमलॉक्साइड जलीय अमोनिया में नहीं घुलते हैं, इसलिए वे घुलनशील नमक से अमोनिया के साथ अवक्षेपित हो सकते हैं: Al (NO) 3) 3 + 3NH 3 + 2H 2 O \u003d AlO (OH) + + 3NH 4 NO 3, यह प्रतिक्रिया सटीक रूप से मेटाहाइड्रॉक्साइड पैदा करती है। क्षार के साथ हाइड्रोक्साइड को अवक्षेपित करना कठिन है, जैसा कि परिणामस्वरूप वेग आसानी से घुल जाता है, और कुल प्रतिक्रिया का रूप होता है: AlCl 3 +4 NaOH \u003d Na + 3NaCl

4. एल्युमिनियम लवण। लगभग सभी एल्यूमीनियम लवण पानी में अत्यधिक घुलनशील होते हैं। अघुलनशील AlPO 4 फॉस्फेट और AlF 3 फ्लोराइड। क्योंकि एल्यूमीनियम केशन में एक उच्च आवेश सांद्रता होती है, इसका एक्वाक्सिप्लेक्स, कैएनिक एसिड के गुणों को प्राप्त करता है: 3+ + H 2 O \u003d H 3 O + 2+, अर्थात। एल्यूमीनियम के लवण मजबूत कटियन हाइड्रोलिसिस से गुजरते हैं। कमजोर अम्लों के लवण के मामले में, कटियन और आयनों द्वारा हाइड्रोलिसिस की पारस्परिक वृद्धि के कारण, हाइड्रोलिसिस अपरिवर्तनीय हो जाता है। समाधान पूरी तरह से पानी से विघटित होता है या कार्बोनेट, सल्फाइट, सल्फाइड और एल्यूमीनियम सिलिकेट की विनिमय प्रतिक्रिया द्वारा प्राप्त नहीं किया जा सकता है: अल 2 एस 3 + 6 एच 2 ओ \u003d 2 एल (ओएच) 3 ↓ + 3 एच 2 एस 2 एल (एनओ 3) 3 + 3 के 2 CO 3 + 3H 2 O \u003d 2Al (OH) 3 CO + 3CO 2 + 6KNO 3। कुछ लवणों के लिए, हाइड्रोलिसिस गर्म होने पर अपरिवर्तनीय हो जाता है। गीले एल्यूमीनियम एसीटेट समीकरण के अनुसार गर्म होने पर विघटित हो जाते हैं: 2Al (OOCCH 3) 3 + 3H 2 O \u003d Al 2 O 3 + 6CH 3 COOH एल्युमीनियम हैलाइड्स के मामले में, नमक के अपघटन से ताप पर गैसीय हाइड्रोजन हलवों की घुलनशीलता में कमी की सुविधा होती है: AlCl 3 + 3H 2 O \u003d अल (ओएच) 3 3 + 3HCl। एल्युमिनियम हलाइड्स में, केवल फ्लोराइड एक आयनिक यौगिक होता है, बाकी हलाइड्स सहसंयोजक यौगिक होते हैं, उनके गलनांक फ्लोराइड की तुलना में काफी कम होते हैं, एल्युमिनियम क्लोराइड उदात्त हो सकता है। बहुत उच्च तापमान पर, एक फ्लैट त्रिकोणीय संरचना वाले एकल एल्यूमीनियम हलाइड अणु केंद्रीय परमाणु के परमाणु कक्षाओं के सपा 2 संकरण के कारण जोड़े में स्थित हैं। वाष्पों और कुछ कार्बनिक सॉल्वैंट्स में इन यौगिकों की मुख्य स्थिति मंद होती है, उदाहरण के लिए, अल 2 सीएल 6। एल्युमिनियम हैलाइड मजबूत लुईस एसिड होते हैं, जैसा कि एक खाली परमाणु कक्षीय है। पानी में विघटन, इसलिए, बड़ी मात्रा में गर्मी की रिहाई के साथ होता है। एल्यूमीनियम यौगिकों का एक दिलचस्प वर्ग (और साथ ही अन्य ट्रिटेंट धातुएं) फिटकरी हैं - 12-जलीय डबल सल्फेट्स एम I एम III (एसओ 4) 2, जो विघटन पर, सभी डबल लवणों की तरह, इसी उद्धरण और आयनों का मिश्रण देते हैं।

5. जटिल यौगिक।एल्युमिनियम हाइड्रोक्सोमेप्लेक्स पर विचार करें। ये लवण हैं जिनमें जटिल कण एक आयन है। सभी लवण घुलनशील हैं। एसिड के साथ बातचीत द्वारा नष्ट कर दिया। इस मामले में, मजबूत एसिड परिणामी ऑर्थोहाइड्रॉक्साइड को भंग करते हैं, और कमजोर या संबंधित एसिड ऑक्साइड (एच 2 एस, सीओ 2, एसओ 2) इसे उपजी करते हैं: K + 4HCl \u003d KCl + AlCl 3 + 4HCl OK + CO 2 \u003d Al (OH) 3 ↓ + केएचसीओ ३

जब कैलक्लाइंड किया जाता है, तो हाइड्रॉक्सोएलुमिनेट्स ऑर्थो में बदल जाते हैं - या मेटालायूमुनेट्स, पानी खो देते हैं।

लोहा

सीरियल नंबर 26 के साथ तत्व, एक रिश्तेदार परमाणु द्रव्यमान 55.847 के साथ। यह तत्वों के 3 डी-परिवार से संबंधित है, इसमें एक इलेक्ट्रॉनिक कॉन्फ़िगरेशन है: 3 डी 6 4 एस 2 और आवधिक प्रणाली में आईवी अवधि, आठवीं समूह, साइड उपसमूह में है। यौगिकों में, लोहे मुख्य रूप से +2 और +3 के ऑक्सीकरण राज्यों को प्रदर्शित करता है। Fe 3+ आयन में आधा भरा डी-इलेक्ट्रॉन शेल, 3 डी 5 है, जो इसे अतिरिक्त स्थिरता देता है। ऑक्सीकरण राज्यों +4, +6, +8 को प्राप्त करना अधिक कठिन है।

इसके भौतिक गुणों से, लोहा चांदी-सफेद, चमकदार, अपेक्षाकृत नरम, निंदनीय है, आसानी से चुंबकित और विघटित धातु है। मेल्टिंग पॉइंट 1539 о С. में कई अलॉट्रोपिक संशोधन हैं, जो क्रिस्टल जाली के प्रकार में भिन्न हैं।

  एक साधारण पदार्थ के गुण।

1. जब हवा में जलना Fe 3 O 4 का मिश्रित ऑक्साइड बनाता है, और शुद्ध ऑक्सीजन के साथ बातचीत करते समय - Fe 2 O 3। पाउडर लोहा पायरोफोरिक है - हवा में आत्म-प्रज्वलित।

2. फ्लोरीन, क्लोरीन और ब्रोमीन लोहे के साथ आसानी से प्रतिक्रिया करते हैं, इसे Fe 3+ में ऑक्सीकरण करते हैं। FeJ 2 आयोडीन के साथ बनता है, क्योंकि ट्रिटेंट आयरन के उद्धरण से आयोडाइड आयनों का ऑक्सीकरण होता है, और इसलिए, FeJ 3 यौगिक मौजूद नहीं है।

3. एक समान कारण के लिए, Fe 2 S 3 यौगिक मौजूद नहीं है, और सल्फर के पिघलने बिंदु पर लोहे और सल्फर का संपर्क FeS यौगिक की ओर जाता है। सल्फर की अधिकता के साथ, पाइराइट - आयरन (II) डाइसल्फ़ाइड - FeS 2 प्राप्त होता है। गैर-स्टोइकोमीट्रिक यौगिक भी बनते हैं।

4. लोहे के अन्य गैर-धातुओं के साथ मजबूत हीटिंग, ठोस समाधान या धातु जैसे यौगिकों के साथ प्रतिक्रिया करता है। 500 ° C पर प्रतिक्रिया करने वाली प्रतिक्रिया दी जा सकती है: 3Fe + C \u003d Fe 3 C. लोहे और कार्बन के इस यौगिक को सीमेंटाइट कहा जाता है।

5. कई धातुओं के साथ, लोहे मिश्र धातु बनाते हैं।

6. कमरे के तापमान पर हवा में, लोहे को ऑक्साइड फिल्म के साथ लेपित किया जाता है, इसलिए, पानी के साथ बातचीत नहीं करता है। सुपरहिटेड स्टीम के साथ इंटरेक्शन निम्नलिखित उत्पाद देता है: 3Fe + 4H 2 O (स्टीम) \u003d Fe 3 O 4 + 4H 2। ऑक्सीजन की उपस्थिति में, लोहे भी हवा की नमी के साथ बातचीत करता है: 4Fe + 3O 2 + 6H 2 O \u003d 4Fe (OH) 3। उपरोक्त समीकरण जंग खाए जाने की प्रक्रिया को दर्शाता है, जो प्रति वर्ष 10% धातु उत्पादों के संपर्क में है।

7. चूंकि लोहा हाइड्रोजन तक के तनाव की श्रृंखला में है, इसलिए यह आसानी से गैर-ऑक्सीकरण एसिड के साथ प्रतिक्रिया करता है, लेकिन यह केवल Fe 2+ के लिए ऑक्सीकरण करता है।

8. केंद्रित नाइट्रिक और सल्फ्यूरिक एसिड लोहे को निष्क्रिय करते हैं, लेकिन गर्म होने पर प्रतिक्रिया होती है। पतला नाइट्रिक एसिड भी कमरे के तापमान पर प्रतिक्रिया करता है। सभी ऑक्सीडाइजिंग एसिड के साथ, लोहा लोहे (III) के लवण देता है (कुछ रिपोर्टों के अनुसार, लोहे का परिमाण (II) नाइट्रेट पतला नाइट्रिक एसिड के साथ संभव है), और HNO 3 (विघटित) को कम करता है NO, N 2 O, N 2, NH 4। + शर्तों के आधार पर, और HNO 3 (संक्षिप्त) - हीटिंग के कारण NO 2, जो आगे बढ़ने के लिए प्रतिक्रिया के लिए आवश्यक है।

9. लोहा गर्म होने पर केंद्रित (50%) क्षार के साथ प्रतिक्रिया करने में सक्षम होता है: Fe + 2KOH + 2H 2 O \u003d K 2 / H 2

10. कम सक्रिय धातुओं के लवण के समाधान के साथ प्रतिक्रिया करते हुए, लोहे से इन धातुओं को नमक से निकाल दिया जाता है, जो एक शिष्टता में बदल जाता है: CuCl 2 + Fe \u003d FeCl 2 + Cu।

लोहे के यौगिक के गुण।

फे 2+  इस धनायन की त्रिज्या के लिए आवेश का अनुपात Mg 2+ के करीब है, इसलिए, ऑक्साइड, हाइड्रॉक्साइड और लौह लवण का रासायनिक व्यवहार संबंधित मैग्नीशियम यौगिकों के व्यवहार के समान है। एक जलीय घोल में, फेरस केशन एक 2+ पीला हरा एक्वा कॉम्प्लेक्स बनाता है। वायुमंडलीय ऑक्सीजन द्वारा इस कटाई को आसानी से सीधे ऑक्सीकरण किया जाता है। FeCl 2 समाधान में जटिल कण 0 हैं। इस तरह के कटियन का चार्ज एकाग्रता कम है, इसलिए, लवण की हाइड्रोलिसिस मध्यम है।

1. FeO - मुख्य ऑक्साइड, काला, पानी में नहीं घुलता है। एसिड में आसानी से घुलनशील। 500 0 से ऊपर गर्म होने पर अपच: 4FeO \u003d Fe + Fe 3 O 4। इसे संबंधित हाइड्रॉक्साइड, कार्बोनेट और ऑक्सालेट को सावधानीपूर्वक प्राप्त करके प्राप्त किया जा सकता है, जबकि Fe 2+ के अन्य लवणों के थर्मल अपघटन से फेरिक ऑक्साइड बनता है: FeC 2 O 4 \u003d FeO + CO + CO 2, लेकिन 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 आयरन ऑक्साइड (II) स्वयं ऑक्सीकरण एजेंट के रूप में कार्य कर सकता है, उदाहरण के लिए, गर्म होने पर, प्रतिक्रिया होती है: 3FOO + 2NH 3 \u003d 3Fe + N 2 + 3 एच 2 ओ

2. Fe (OH) 2 - लोहा (II) हाइड्रॉक्साइड - अघुलनशील आधार। एसिड के साथ प्रतिक्रिया करता है। एसिड-बेस इंटरैक्शन और फेरिक आयरन का ऑक्सीकरण ऑक्सीकरण एसिड के साथ एक साथ होता है: 2Fe (OH) 2 + 4H 2 SO 4 (conc) \u003d Fe 2 (SO 4) 3 + SO 2 + 4H 2 O. विनिमय द्वारा प्राप्त किया जा सकता है। घुलनशील नमक प्रतिक्रियाएं। यह एक सफेद यौगिक है जो पहले हवा में नमी के साथ बातचीत के कारण हवा में हरा हो जाता है, और फिर वायुमंडलीय ऑक्सीजन द्वारा ऑक्सीकरण के कारण भूरा हो जाता है: 4Fe (OH) 2 + 2H 2 O + O 2 \u003d 4Fe (OH) 3।

3. लवण। जैसा कि पहले ही उल्लेख किया गया है, अधिकांश Fe (II) लवण धीरे-धीरे हवा में या समाधान में ऑक्सीकृत होते हैं। ऑक्सीकरण के लिए सबसे अधिक प्रतिरोधी मोहर नमक है - लोहे का डबल सल्फेट (द्वितीय) और अमोनियम: (एनएच 4) 2 फीट (एसओ 4) 2। 6H 2 O. Fe 2+ कटियन आसानी से Fe 3+ के लिए ऑक्सीकरण हो जाता है; इसलिए, अधिकांश ऑक्सीकरण एजेंट, विशेष रूप से एसिड ऑक्सीकरण एजेंट में, फेरस लवण को ऑक्सीकरण करते हैं। जब सल्फाइड और लोहे के डाइसल्फ़ाइड को फायर करते हैं, तो आयरन (III) ऑक्साइड और सल्फर (IV) ऑक्साइड प्राप्त होते हैं: 4FeS 2 + 11O 2 \u003d 2Fe 2 O 3 + 8SO 2 आयरन (II) सल्फाइड भी मजबूत एसिड में घुल जाता है: FeS + 2HCl \u003d FeCl 2 + 2H 2 S आयरन (II) कार्बोनेट अघुलनशील है, जबकि हाइड्रोजन कार्बोनेट पानी में घुल जाता है।

फे 3+त्रिज्या के संबंध में यह धनायन एक अल्युमिनियम केशन से मेल खाता है ,   इसलिए, लोहे (III) के cation यौगिकों के गुण संगत एल्यूमीनियम यौगिकों के समान हैं।

फे 2 ओ 3 - हेमटिट, एम्फोटेरिक ऑक्साइड, जिसमें मुख्य गुण प्रबल होते हैं। एम्फ़ोटेरिसिटी ठोस क्षार और क्षार धातु कार्बोनेट के साथ मिश्र धातु की संभावना में प्रकट होती है: Fe 2 O 3 + 2NaOH \u003d H 2 O + 2NaFeO 2 - पीला या लाल, Fe 2 O + Na 2 CO 3 \u003d 2NaFeO 2 + CO 2। फेर 2 ओ 3 के रिलीज के साथ फेरेट्स (II) पानी से विघटित हो जाते हैं। एनएच 2 ओ।

फे 3 ओ 4- मैग्नेटाइट, एक काला पदार्थ जिसे या तो मिश्रित ऑक्साइड के रूप में माना जा सकता है - फेओ। Fe 2 O 3, या लोहे के रूप में (II) oxometaferrate (III): Fe (FeO 2) 2। एसिड के साथ बातचीत करते समय लवण का मिश्रण मिलता है: Fe 3 O 4 + 8HCl \u003d FeCl 2 + 2FeCl 3 + 4H 2 O.

Fe (OH) 3 या FeO (OH) एक लाल-भूरे रंग का जिलेटिनस अवक्षेप, एम्फोटेरिक हाइड्रॉक्साइड है। एसिड के साथ बातचीत के अलावा, यह एक गर्म केंद्रित क्षार समाधान के साथ प्रतिक्रिया करता है और ठोस क्षार और कार्बोनेट्स के साथ जुड़ा हुआ है: Fe (OH) 3 + 3KOH \u003d K 3।

नमक।फेरिक आयरन के अधिकांश लवण घुलनशील होते हैं। एल्यूमीनियम लवण की तरह, वे मजबूत हाइड्रोलिसिस से गुजरते हैं, जो कमजोर और अस्थिर या अघुलनशील एसिड के आयनों की उपस्थिति में अपरिवर्तनीय बन सकते हैं: 2FeCl 3 + 3Na 2 CO 3 + 3H 2 + 2Fe (OH) 3 + 3CO 2 + 6NaCl। लोहे (III) क्लोराइड के घोल को उबालने पर हाइड्रोलिसिस को अपरिवर्तनीय भी बनाया जा सकता है, क्योंकि किसी भी गैस के रूप में हाइड्रोजन क्लोराइड की घुलनशीलता जब गर्म हो जाती है और यह प्रतिक्रिया क्षेत्र को छोड़ देती है: FeCl 3 + 3H 2 O \u003d Fe (OH) 3 + 3HCl (जब गर्म होता है)।

विशेष रूप से Fe 2+: Fe 3+ + + \u003d Fe 2+ 2 o \u003d 0.77v में रूपांतरण के संबंध में इस उद्धरण की ऑक्सीकरण क्षमता बहुत अधिक है। जिसके परिणामस्वरूप:

a) फेरिक आयरन के लवणों का घोल सभी धातुओं को कॉपर में ऑक्सीकरण करता है: 2Fe (NO 3) 3 + Cu \u003d 2Fe (NO 3) 2 + Cu (NO 3) 2,

ख) आसानी से ऑक्सीकरण योग्य आयनों वाले लवणों के साथ विनिमय प्रतिक्रियाएं उनके ऑक्सीकरण के साथ होती हैं: 2FeCl 3 + 2KJ \u003d FeCl 2 + J 2 + 2KCl 2FeCl 3 + 3Na 2 S \u003d 2FeS + S + 6NaCl

अन्य ट्रीटमेंट वाले कट्स की तरह, लोहा (III) फिटकिरी बनाने में सक्षम है - क्षार धातुओं या अमोनियम के उद्धरण के साथ डबल सल्फेट्स, उदाहरण के लिए: एनएच 4 फीट (एसओ 4) 2। 12 एच 2 ओ।

जटिल यौगिक।  दोनों लोहे के पिंजरे अनियन कॉम्प्लेक्स, विशेष रूप से लोहे (III) के गठन के लिए प्रवण हैं। FeCl 3 + KCl \u003d K, FeCl 3 + Cl 2 \u003d Cl + -। बाद की प्रतिक्रिया लोहे (III) क्लोराइड के प्रभाव को एक इलेक्ट्रोफिलिक क्लोरीनीकरण उत्प्रेरक के रूप में दर्शाती है। ब्याज के साइनाइड कॉम्प्लेक्स हैं: 6 केसीएन + एफएएसओ 4 \u003d के 4 - पोटेशियम हेक्सासानोफेरेट (द्वितीय), पीले रक्त नमक। 2K 4 + Cl 2 \u003d 2K 3 + 2KCl - पोटेशियम हेक्सासानोफेरेट (III), लाल रक्त नमक। लौह लौह परिसर, अभिकर्मकों के अनुपात के आधार पर, फेरिक नमक के साथ एक नीला अवक्षेपण या विलयन देता है। लाल रक्त नमक और किसी भी लौह नमक के बीच समान प्रतिक्रिया होती है। पहले मामले में, अवक्षेप को प्रशिया नीला कहा जाता था, दूसरे में - टर्नबुल नीला। बाद में यह पता चला कि, कम से कम, समाधानों में एक ही रचना है: के - पोटेशियम लोहा (II, III) हेक्सासानोफ़ेनसेट। वर्णित प्रतिक्रियाओं इसी लोहे के पिंजरों के समाधान में उपस्थिति के लिए गुणात्मक हैं। पोटेशियम थायोसाइनेट (थियोसायनेट) के साथ बातचीत करते समय फेरिक केशन की उपस्थिति के लिए एक गुणात्मक प्रतिक्रिया एक लाल-लाल रंग की उपस्थिति है: 2 एफसीईएल 3 + 6 केसीएनएस \u003d 6KCl + Fe।

फे +6। लोहे के लिए ऑक्सीकरण अवस्था +6 अस्थिर है। केवल आयनों FeO 4 2- प्राप्त करना संभव है, जो केवल pH\u003e 7-9 पर मौजूद है, लेकिन एक मजबूत ऑक्सीकरण एजेंट है।

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

Fe (चूरा) + 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) H + 8KOH + 3O 2

4BFFO 4 (हीटिंग) \u003d 4BaO + 2Fe 2 O 3 + 3O 2

2K 2 FeO 4 + 2CrCl 3 + 2HCl \u003d FeCl 3 + K 2 Cr 2 O 7 + 2KCl2 / H 2 O

उद्योग में लोहे का उत्पादन:

ए) डोमेन प्रक्रिया: Fe 2 O 3 + C \u003d 2FeO + CO

फेओ + सी \u003d फे + सीओ

FeO + CO \u003d Fe + CO 2

बी) एल्यूमिनोथर्मी: Fe 2 O 3 + Al \u003d Al 2 O 3 + Fe

CHROME - सीरियल नंबर 24 के साथ एक तत्व, जिसमें 51.996 का एक सापेक्ष परमाणु द्रव्यमान है। यह तत्वों के 3D-परिवार से संबंधित है, इसमें 3D 5 4s 1 का इलेक्ट्रॉनिक कॉन्फ़िगरेशन है और आवधिक प्रणाली में IV अवधि, VI समूह, साइड उपसमूह है। संभावित ऑक्सीकरण अवस्थाएं: +1, +2, +3, +4, +5, +6। इनमें से, सबसे स्थिर हैं +2, +3, +6, और +3 में न्यूनतम ऊर्जा होती है।

इसके भौतिक गुणों के अनुसार, क्रोमियम एक धूसर-सफेद, चमकदार, कठोर धातु है, जिसमें 1890 ° C का गलनांक होता है। इसके क्रिस्टल जाली की ताकत पांच असमान डी-इलेक्ट्रॉनों की मौजूदगी के कारण होती है जो आंशिक सहसंयोजक बंधन में सक्षम हैं।

एक साधारण पदार्थ के रासायनिक गुण।

कम तापमान पर, क्रोमियम एक ऑक्साइड फिल्म की उपस्थिति के कारण निष्क्रिय है, पानी और हवा के साथ बातचीत नहीं करता है।

1. यह सी। के बारे में 600 से ऊपर के तापमान पर ऑक्सीजन के साथ बातचीत करता है। इस मामले में, क्रोमियम ऑक्साइड (III) - Cr 2 O 3 बनता है।

2. हैलोजन के साथ बातचीत अलग-अलग तरीकों से होती है: Cr + 2F 2 \u003d CrF 4 (कमरे के तापमान पर), 2Cr + 3Cl 2 (Br 2) \u003d 2CrCl 3 (Br 3), Cr + J 2 \u003d CrJ 2 (महत्वपूर्ण ताप के साथ) )। यह कहा जाना चाहिए कि क्रोमियम (III) आयोडाइड मौजूद हो सकता है और क्रिस्टलीय CrJ 3 हाइड्रेट के रूप में विनिमय प्रतिक्रिया द्वारा प्राप्त किया जाता है। 9H 2 O, लेकिन इसकी तापीय स्थिरता छोटी है, और गर्म होने पर, यह CrJ 2 और J 2 में विघटित हो जाता है।

3. 120 डिग्री सेल्सियस से ऊपर के तापमान पर, क्रोमियम पिघला हुआ सल्फर के साथ बातचीत करता है, जिससे क्रोमियम (II) सल्फाइड - CrS (काला) होता है।

4. 1000 डिग्री सेल्सियस से ऊपर के तापमान पर, क्रोमियम नाइट्रोजन और कार्बन के साथ प्रतिक्रिया करता है, गैर-स्टोइकोमेट्रिक, रासायनिक रूप से निष्क्रिय यौगिक देता है। उनमें से, एक अनुमानित सीआरसी रचना के साथ कार्बाइड को नोट किया जा सकता है, जो कठोरता में हीरे तक पहुंचता है।

5. क्रोमियम हाइड्रोजन के साथ प्रतिक्रिया नहीं करता है।

6. जल वाष्प के साथ प्रतिक्रिया निम्नानुसार होती है: 2Cr + 3H 2 O \u003d Cr 2 O 3 + 3H 2

7. आकाश-नीले रंग के 2+ एक्वा कॉम्प्लेक्स के गठन के साथ गैर-ऑक्सीकरण वाले एसिड के साथ प्रतिक्रिया काफी आसान है, जो केवल हवा की अनुपस्थिति में या हाइड्रोजन वातावरण में स्थिर है। ऑक्सीजन की उपस्थिति में, प्रतिक्रिया अलग-अलग होती है: 4Cr + 12HCl + 3O 2 \u003d 4CrCl 3 + 6H 2 O। सतह पर एक मजबूत तरल फिल्म के गठन के कारण ऑक्सीजन के साथ संतृप्त एसिड भी क्रोमियम को निष्क्रिय कर देता है।

8. एसिड-ऑक्सीकरण एजेंट: किसी भी सांद्रता का नाइट्रिक अम्ल, केंद्रित सल्फ्यूरिक, पर्क्लोरिक एसिड क्रोमियम को निष्क्रिय करता है ताकि इन अम्लों के साथ सतह के उपचार के बाद यह अन्य अम्लों के साथ प्रतिक्रिया न करे। गर्म होने पर पैशन को हटा दिया जाता है। इस मामले में, क्रोमियम (III) लवण और सल्फर या नाइट्रोजन डाइऑक्साइड (पर्क्लोरिक एसिड - क्लोराइड से) प्राप्त किया जाता है। नमक फिल्म के निर्माण के कारण होने वाली पैशन फॉस्फोरिक एसिड के साथ क्रोमियम की बातचीत के दौरान होता है।

9. क्रोमियम सीधे क्षार के साथ प्रतिक्रिया नहीं करता है, लेकिन ऑक्सीकरण एजेंटों के अतिरिक्त के साथ क्षारीय पिघल के साथ प्रतिक्रिया करता है: 2Cr + 2Na 2 CO 3 (g) + 3O 2 \u003d 2Na 2 CrO 4 + 2N 2

10. क्रोमियम नमक संरचना के साथ प्रतिक्रिया करने में सक्षम है, नमक संरचना से कम सक्रिय धातुओं (वोल्टेज पंक्ति में इसके दाईं ओर खड़े) को विस्थापित करना। इस मामले में, क्रोमियम स्वयं सीआर 2+ कटियन में बदल जाता है।

आविष्कार रासायनिक उद्योग से संबंधित है, विशेष रूप से एल्यूमीनियम हाइड्रॉक्साइड और हाइड्रोजन के उत्पादन के लिए एक संयंत्र के लिए। स्थापना में पतले विभाजित एल्यूमीनियम और पानी के पाउडर को मिश्रित करने के लिए एक उपकरण शामिल है, एल्यूमीनियम के साथ पानी की रासायनिक बातचीत के लिए एक रिएक्टर, हाइड्रोजन युक्त गैस मिश्रण के विकास और एल्यूमीनियम ऑक्सीकरण उत्पादों के गठन के साथ-साथ हाइड्रोजन युक्त गैस मिश्रण और एल्यूमीनियम ऑक्सीकरण उत्पादों को हटाने के लिए एक उपकरण भी शामिल है। एल्यूमीनियम के साथ पानी की रासायनिक बातचीत के लिए रिएक्टर मिक्सिंग डिवाइस और रिएक्टर के अंदर स्थित एक अल्ट्रासोनिक निलंबन विकिरण उपकरण से लैस है। आविष्कार प्रक्रिया की उत्पादकता में सुधार करता है। 1 बीमार।

2350563 रूसी संघ के पेटेंट के आंकड़े

आविष्कार रासायनिक उद्योग से संबंधित है, विशेष रूप से, एक अल्ट्रासोनिक क्षेत्र में ऑक्सीकरण द्वारा एल्यूमीनियम धातु से क्षार के कमजोर समाधान में हाइड्रोजन और एल्यूमीनियम हाइड्रॉक्साइड के उत्पादन के लिए एक उपकरण के लिए।

एल्यूमीनियम हाइड्रॉक्साइड का उपयोग विभिन्न उद्योगों में विज्ञापनदाताओं, उत्प्रेरक आदि के रूप में किया जाता है। उच्च शुद्धता वाले एल्यूमीनियम हाइड्रॉक्साइड का उपयोग इलेक्ट्रॉनिक और ऑप्टिकल उद्योग में एक महीन पाउडर के रूप में किया जाता है - विशेष रूप से अपघर्षक पाउडर के रूप में, हार्ड डिस्क या चुंबकीय सिर के लिए, साथ ही दावों के लिए कच्चे माल को प्राप्त करने के लिए, ऑप्टिकल और इलेक्ट्रॉनिक उद्योगों के लिए सिंथेटिक माणिक और नीलम। महत्वपूर्ण निर्माण में कंक्रीट की ताकत विशेषताओं को बढ़ाने के लिए।

आविष्कार, विशेष रूप से, बोहेमाइट रूप के एल्यूमीनियम हाइड्रॉक्साइड के उत्पादन के लिए एक विधि से संबंधित है। विधि हाइड्रोजन प्राप्त करने की अनुमति देती है, जिसका उपयोग हाइड्रोजन के आधार पर रासायनिक उत्पादन, धातु विज्ञान, स्वायत्त ऊर्जा आपूर्ति के लिए किया जा सकता है।

एल्यूमीनियम हाइड्रॉक्साइड्स के औद्योगिक उत्पादन के लिए मुख्य विधि बायर प्रक्रिया है, और उनके बाद के सुखाने और अलसीकरण एल्यूमीनियम ऑक्साइड (रासायनिक विश्वकोश, एड। "सोवियत एनसाइक्लोपीडिया", एम।, 1988, v.1, s.213-214) के उत्पादन के लिए नेतृत्व करते हैं।

हालांकि, एल्यूमीनियम हाइड्रॉक्साइड के उत्पादन के लिए पारंपरिक तरीके उत्पाद की उच्च शुद्धता प्रदान नहीं करते हैं।

एक महीन पाउडर के रूप में एल्यूमीनियम हाइड्रॉक्साइड के उत्पादन की एक ज्ञात विधि, जिसमें एल्यूमीनियम यौगिक का मिश्रण होता है, एल्यूमीनियम का एक अग्रदूत और एल्यूमीनियम हाइड्रॉक्साइड के क्रिस्टल के लिए बीज सामग्री के रूप में उपयोग किए जाने वाले कम से कम एक यौगिक, हाइड्रोजन क्लोराइड युक्त वायुमंडल में कैलीनेशन (EP No. 1262457, C01F 7/02, publ। 04.12.2002)।

हालांकि, यह विधि आवश्यक शुद्धता और वांछित संरचना की एक सामग्री प्रदान नहीं करती है। इसके अलावा, जैल के रूप में हाइड्रॉक्साइड का उत्पादन करने की विधि असुविधाजनक है कि इसका अलगाव फ़िल्टर करना मुश्किल है और इसके अलावा, ठीक पाउडर प्राप्त करने के लिए पीसने या बाहर निकालना कदम आवश्यक हैं।

ऐसा लगता है कि पानी के साथ एल्यूमीनियम धातु की बातचीत से एल्यूमीनियम हाइड्रॉक्साइड प्राप्त करना अधिक सुविधाजनक है, हालांकि, एल्यूमीनियम की सतह पर एक ऑक्साइड फिल्म के गठन के कारण, इसकी गतिविधि तेजी से घट जाती है। इस घटना को रोकने के लिए, विभिन्न योजक का उपयोग किया जाता है।

तो, हाइड्रोजन के निर्माण के लिए ज्ञात तरीके हैं, जिसमें पानी के साथ एल्यूमीनियम (यूएस नंबर 3348919, 423-657, publ। 10.24.1967, यूएस नंबर 3985866, 423-657, publ। 12.10.1976) शामिल है। हालांकि, इन विधियों में, एल्यूमीनियम के अलावा, अन्य धातुओं का उपयोग किया जाता है - क्षारीय, क्षारीय-पृथ्वी धातु, या मिश्र धातु (ईपी नंबर 248960, С01В 3/086, publ। 16.12.1987)।

एल्यूमीनियम हाइड्रॉक्साइड और हाइड्रोजन प्राप्त करने के लिए अन्य तरीकों (US No. 2958582, 423-627, publ। 01.10.1958, US No. 2958583, 423-627, publ। 01.10.1958) को अतिरिक्त पदार्थों का उपयोग करना आवश्यक है जो अभिकर्मकों की पारस्परिक क्रिया को सुविधाजनक बनाता है, उदाहरण के लिए, उत्प्रेरक मात्रा। कार्बनिक amines। इन पदार्थों का परिचय शुद्ध एल्यूमीनियम हाइड्रोक्साइड प्राप्त करना असंभव बनाता है। एल्यूमीनियम या इसके यौगिकों और हाइड्रोजन के संपर्क की प्रक्रिया को एक सुविधा में किया जाता है जिसमें एक रिएक्टर होता है जिसमें एक स्टीमर शामिल होता है, जहां शुरुआती अभिकर्मक पेश किए जाते हैं। स्थापना में एक हीट एक्सचेंजर, एक विभाजक और पानी के साथ एल्यूमीनियम हाइड्रॉक्साइड के परिणामस्वरूप निलंबन को अलग करने के लिए एक फ़िल्टर शामिल है।

ज्ञात (यूएस नंबर 2758011, 423-627, publ। 07.08.1956) बोहमाइट (-एलएचओएच) के रूप में एल्यूमिना के उत्पादन की एक विधि, जिसमें एक आटोक्लेव में किए गए इंटरैक्शन शामिल हैं, जो ठीक कणों के रूप में पानी और एल्यूमीनियम को लोड करते हैं। फिर मिश्रण को 482-705 ° F (250-374 ° C) के तापमान पर गर्म किया जाता है, जिसके बाद तरल चरण में पानी बनाए रखने के लिए पर्याप्त दबाव में एक ही तापमान पर सरगर्मी शुरू की जाती है। प्रक्रिया सभी एल्यूमीनियम की बातचीत के लिए पर्याप्त समय के लिए आयोजित की जाती है, दिए गए उदाहरणों में, यह समय लगभग 4 घंटे है। सभी एल्यूमीनियम की प्रतिक्रिया के बाद, सरगर्मी बंद हो जाती है, प्रतिक्रिया मिश्रण के साथ आटोक्लेव को ठंडा किया जाता है और परिणामस्वरूप एल्यूमीनियम हाइड्रॉक्साइड को अलग किया जाता है। विधि को अंजाम देने के लिए इंस्टॉलर में एक स्टीमर के साथ एक रिएक्टर, पानी और पाउडर एल्यूमीनियम को शुरू करने के लिए उद्घाटन, एक नाबदान, भाप और गैस प्राप्त करने के लिए एक कंडेनसर शामिल हैं। एक औद्योगिक पैमाने पर इस तरह की विधि को अंजाम देना इसके आवधिक मोड के कारण तकनीकी रूप से उन्नत नहीं है; विधि आपको परिणामी उत्पाद के आकार को अलग करने की अनुमति नहीं देती है एल्यूमीनियम हाइड्रॉक्साइड।

हाइड्रोजन के उत्पादन की एक ज्ञात विधि, जिसमें इस तथ्य को समाहित किया गया है कि धातु युक्त पदार्थ पानी के साथ संपर्क करते हैं। रिएक्टर को खिलाए जाने से पहले धातु युक्त पदार्थ पानी में घुलनशील बहुलक फिल्म के साथ लेपित होते हैं। अंतःक्रिया एक जलीय माध्यम में की जाती है, जिसके पैरामीटर अपने सुपरक्रिटिकल स्टेट के मापदंडों के अनुरूप होते हैं, जो हाइड्रोजन के विकास के साथ धातु-युक्त पदार्थों के परत-दर-परत दहन की प्रक्रिया को अंजाम देना संभव बनाता है (आरयूके 2165388, СВВ 3/10, publ। 04.07.2000)।

पाउडर एल्यूमीनियम का उपयोग धातु युक्त पदार्थों के रूप में किया जा सकता है, और डाइऑक्सेन या मिथाइल अल्कोहल में पॉलीइथाइलीन ऑक्साइड का एक समाधान पानी में घुलनशील बहुलक फिल्म के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है। जलीय पर्यावरण के सुपरक्रिटिकल राज्य का दबाव 22.12 एमपीए से अधिक है, और तापमान 647.3 K (374 डिग्री सेल्सियस) से अधिक है। विधि संरचना का हाइड्रोजन मिश्रण प्राप्त करने की अनुमति देता है: 96.1 वोल्ट।% हाइड्रोजन, 3.9 वोल्ट।% कार्बन मोनोऑक्साइड; और फीडस्टॉक के उत्थान को पूरा करें। हालांकि, परिणामी एल्यूमीनियम हाइड्रॉक्साइड प्रक्रिया का रूप बोहेमाइट नहीं है।

ज्ञात है कि हाइड्रार्जिलाइट के रूप में उच्च-शुद्धता वाले एल्यूमीनियम हाइड्रॉक्साइड के उत्पादन के लिए एक बेहतर प्रक्रिया है, जिसमें शामिल हैं: (ए) ठोस, पाउडर नहीं एल्यूमीनियम का परिचय, अधिमानतः सिल्लियां के रूप में, गर्म पानी में लगभग 70 डिग्री सेल्सियस पर प्रतिक्रिया मिश्रण प्राप्त करने के लिए; (b) इस मिश्रण को लगभग 20 मिनट तक हिलाते रहें; (सी) मिश्रण में एक क्षार ठोस, अधिमानतः सोडियम हाइड्रोक्साइड का परिचय और इसे एक उबलते बिंदु तक गर्म करना; (d) तापमान 75-80 डिग्री सेल्सियस तक कम करना और 60 मिनट तक सरगर्मी करना; (() कमरे के तापमान को कम करना; और (एफ) मिश्रण को छानना, जिसके परिणामस्वरूप उच्च शुद्धता एल्यूमीनियम हाइड्रॉक्साइड है। यह विधि एक अतिरिक्त पदार्थ का उपयोग करती है - सोडियम हाइड्रॉक्साइड, जो अशुद्धियों के निर्माण में योगदान देता है (यूएस नंबर 5435986, C01F 7/02, publ। 25.07.1995)।

एल्यूमीनियम और आसुत जल से एल्यूमीनियम और हाइड्रोजन के हाइड्रॉक्साइड्स या ऑक्साइड के उत्पादन की एक ज्ञात विधि, जिसमें यह विशेषता है कि सूक्ष्म रूप से छितरी हुई एल्यूमीनियम से 20 माइक्रोन से अधिक के कण आकार के साथ, पानी में पाउडर एल्यूमीनियम का एक निलंबन Al: H 2 O \u003d 1: 4-16 वजन के अनुपात में तैयार किया जाता है। है, जो लगातार एक उच्च दबाव रिएक्टर में खिलाया जाता है, जहां पाउडर का एल्यूमीनियम का एक निलंबन 220-900 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर पानी में 100 माइक्रोन से अधिक नहीं और 20-40 एमपीए के दबाव के साथ 1: 50-100 वजन के पानी के निलंबन के अनुपात के एक छोटी बूंद के साथ छिड़का जाता है। उच्च से बाहर निकलने के बाद घंटे एक दबाव में, गैस को कंडेनसर में खिलाया जाता है और हाइड्रोजन को इससे हटा दिया जाता है, और एल्यूमीनियम हाइड्रॉक्साइड या एल्यूमीनियम ऑक्साइड को निलंबन नाबदान में स्थानांतरित कर दिया जाता है। इस मामले में, बोहेमाइट रूप का एल्यूमीनियम हाइड्रॉक्साइड 250-350 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर प्राप्त किया जाता है, 32-35 एमपीए का दबाव अल के अनुपात के साथ: एच 2 ओ \u003d 1: 8-12 वजन भागों। (आरयू नंबर 2223221, C01F 7/42, СВВ 3/10, publ। 02/10/2004)।

उसी स्रोत से, मिक्सर को लागू करने के लिए विधि, रिएक्टर, निलंबन के लिए अवसादन टैंक सहित एक ज्ञात स्थापना, एक कंडेनसर। इसी समय, रिएक्टर एक उच्च दबाव उपकरण है जो 100 माइक्रोन से अधिक नहीं के एक छोटी बूंद व्यास को पानी में पाउडर एल्यूमीनियम के निलंबन को स्प्रे करने के लिए एक नोजल से सुसज्जित है। विधि को लागू करने के लिए, पहले Al: H 2 O \u003d 1: 4-16 weight.h के अनुपात में पानी में पाउडर एल्यूमीनियम (20 माइक्रोन तक कण आकार, अधिमानतः 5 माइक्रोन तक) का एक निलंबन तैयार करें। इस फैलाव को रिएक्टर में खिलाया जाता है, जहां इसे 220-40 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर 20-40 एमपीए के दबाव में पानी में छिड़का जाता है। निलंबन के ठीक छिड़काव को सुनिश्चित करना आवश्यक है - बूंदों का आकार 100 माइक्रोन से अधिक नहीं होना चाहिए, जबकि पानी से निलंबन का अनुपात हाइड्रोजन और एल्यूमीनियम हाइड्रॉक्साइड को हटाने के साथ वजन द्वारा 1: 50-100 भागों है।

इस प्रसिद्ध निर्णय को एक प्रोटोटाइप के रूप में बनाया गया था।

घरेलू और विदेशी प्रकाशनों के विश्लेषण से यह निम्नानुसार है कि वर्तमान में ज्ञात विधियां पानी के साथ एल्यूमीनियम ऑक्सीकरण की पूर्णता सुनिश्चित नहीं करती हैं और अक्षम हैं। इसके अलावा, इन विधियों में मुख्य रूप से महंगे अल्ट्राफाइन एल्यूमीनियम पाउडर और सक्रिय एल्यूमीनियम मिश्र का उपयोग किया जाता है। हाइड्रोजन का उत्पादन करने के लिए उत्तरार्द्ध का उपयोग अप्रमाणिक है, क्योंकि ये ऊर्जा-खपत और अक्षम तरीके हैं।

वर्तमान आविष्कार का उद्देश्य एक सतत प्रक्रिया के लिए एक संयंत्र बनाने की तकनीकी समस्या को हल करना है, जो एक साथ अंतिम उत्पाद की उच्च शुद्धता के साथ हाइड्रोजन और एल्यूमीनियम हाइड्रॉक्साइड को सबसे कम संभव ऊर्जा खपत के साथ प्राप्त करने की अनुमति देता है।

इस मामले में प्राप्त तकनीकी परिणाम प्रक्रिया मिश्रण के सुरक्षित तापमान शासन को बनाए रखने और ऑक्सीजन के साथ हाइड्रोजन के एक विस्फोटक मिश्रण के गठन को समाप्त करते हुए शुद्ध हाइड्रोजन और एल्यूमीनियम ऑक्सीकरण उत्पादों के उत्पादन को सुनिश्चित करके परिचालन दक्षता और उत्पादकता बढ़ाने के लिए है।

निर्दिष्ट तकनीकी परिणाम इस तथ्य से प्राप्त होता है कि एल्यूमीनियम हाइड्रॉक्साइड और हाइड्रोजन के उत्पादन के लिए स्थापना में, एल्यूमीनियम के साथ पानी के रासायनिक इंटरैक्शन के लिए एक रिएक्टर, एल्यूमीनियम युक्त पानी के मिश्रण के लिए एक रिएक्टर सहित, हाइड्रोजन युक्त गैस मिश्रण की रिहाई और एल्यूमीनियम ऑक्सीकरण उत्पादों के गठन के साथ-साथ हाइड्रोजन युक्त उपकरणों को हटाने के लिए एक उपकरण भी शामिल है। गैस मिश्रण और एल्यूमीनियम ऑक्सीकरण उत्पादों, एल्यूमीनियम के साथ पानी की रासायनिक बातचीत के लिए रिएक्टर एक मिक्सिंग डिवाइस से सुसज्जित है मीटर और रिएक्टर के अंदर स्थित निलंबन के अल्ट्रासोनिक विकिरण के लिए एक उपकरण।

निर्दिष्ट तकनीकी परिणाम प्राप्त करने के लिए आवश्यक सुविधाओं के एक स्थिर सेट के गठन के साथ ये विशेषताएं महत्वपूर्ण और परस्पर जुड़ी हुई हैं।

वर्तमान आविष्कार को एक विशिष्ट उदाहरण द्वारा चित्रित किया गया है, जो हालांकि, केवल संभव नहीं है, लेकिन आवश्यक तकनीकी परिणाम की सुविधाओं के उपरोक्त सेट को प्राप्त करने की संभावना को स्पष्ट रूप से प्रदर्शित करता है।

ड्राइंग में - एल्यूमीनियम हाइड्रोक्साइड और हाइड्रोजन के उत्पादन का एक प्रवाह आरेख।

वर्तमान आविष्कार के ढांचे में, एक कमजोर मोड में एल्युमीनियम धातु पाउडर के अल्ट्रासोनिक सक्रियण द्वारा रिएक्टर में एल्यूमीनियम हाइड्रॉक्साइड के उत्पादन का एक प्रवाह आरेख एक निरंतर क्षार समाधान में एल्यूमीनियम धातु पाउडर द्वारा अल्ट्रासोनिक रिएक्टर में हाइड्रोजन और नैनोसाइज्ड एल्यूमीनियम हाइड्रॉक्साइड के उत्पादन के लिए एक सतत विधि के लिए, ड्राइंग में दिखाया गया है।

एल्यूमीनियम हाइड्रॉक्साइड और हाइड्रोजन के उत्पादन के लिए एक संयंत्र में एक पूर्व निर्धारित अनुपात में सूक्ष्मता से विभाजित एल्यूमीनियम और पानी पाउडर को मिलाने के लिए एक उपकरण शामिल है, जिसमें से यह मिश्रण हाइड्रोजन के साथ पानी के रासायनिक संपर्क और एल्यूमीनियम ऑक्सीकरण उत्पादों के गठन के लिए एक रिएक्टर को खिलाया जाता है। एल्यूमीनियम के साथ पानी के रासायनिक संपर्क के लिए रिएक्टर, रिएक्टर के अंदर निलंबन के रोटेशन को मिलाने के कार्य के साथ कम दबाव से बना होता है और रोटेशन से हलचल होने पर रिएक्टर के अंदर निलंबन के लिए एक अल्ट्रासोनिक विकिरण उपकरण से लैस होता है। हाइड्रोजन युक्त गैस मिश्रण और एल्यूमीनियम ऑक्सीकरण उत्पादों को हटाने के लिए उपकरण रिएक्टर में प्राप्त तैयार उत्पादों के परिवहन प्रवाह का निर्माण करते हैं।

एल्यूमीनियम और हाइड्रोजन हाइड्रॉक्साइड उत्पादन के लिए उपकरण में एक प्लेटफार्म स्केल 1, एक सॉल्वेंट रिएक्टर 2, एक रिएक्टर 3, एक कंडेनसर 4, एक सुखाने वाला कॉलम 5, एक स्पष्ट 6, एक फिल्टर 7 (या एक सेंट्रीफ्यूज), एक इलेक्ट्रिक फर्नेस 8 (ड्रायर) और एक बॉल मिल शामिल है। 9, हीट एक्सचेंजर 10. रिएक्टर 3 एक दबाव सेंसर, रिएक्टर में एक समाधान तापमान संवेदक, रिएक्टर में समाधान में एक धातु संवेदक और एक मिश्रण डिवाइस से सुसज्जित है।

किसी दिए गए संकेंद्रण के इलेक्ट्रोलाइट का एक घोल रिएक्टर 2 में तैयार किया जाता है, जो प्लेटो तराजू 1 द्वारा अलग किए गए ठोस क्षार की मात्रा को विआयनीकृत पानी में घोलकर तैयार किया जाता है। तैयार किए गए समाधान को रिएक्टर में खिलाया जाता है, उसी समय, एक जल-एल्यूमीनियम निलंबन को मीटरिंग पंप के माध्यम से रिएक्टर में खिलाया जाता है, जिसके मिश्रण को एल्यूमीनियम कणों की सतह से ऑक्साइड फिल्म को बाधित करने के लिए अल्ट्रासोनिक विकिरण के अधीन किया जाता है और रिएक्टर 3 में क्रियाशीलता के साथ इसके ऑक्सीकरण की शुरुआत होती है और इस रिएक्टर के अंदर इलेक्ट्रोलाइट तापमान 65-70 ° होता है। एस रासायनिक प्रतिक्रियाओं से उत्पन्न उत्पाद, नैनोडिस्पर्ड एल्यूमीनियम हाइड्रॉक्साइड, फिल्टर 7. पर इलेक्ट्रोलाइट से धोया जाता है। इलेक्ट्रोलाइट समाधान का एक नया हिस्सा तैयार करने के लिए पहले छानना विलायक रिएक्टर 2 में वापस आ जाता है। फ़िल्टर पर भार को कम करने के लिए, आसानी से जमा हुआ तलछट को सतह पर तैरनेवाला से अलग कर दिया जाता है। 6. सतह पर तैरनेवाला का उपयोग रिएक्टर 2 में एक इलेक्ट्रोलाइट समाधान तैयार करने के लिए किया जाता है। फ़िल्टर 7 के बजाय, कभी-कभी अपकेंद्रित्र का उपयोग करना उचित होता है। उत्पाद की आवश्यक सुखाने और कैलकनिंग को एक इलेक्ट्रिक भट्टी में किया जाता है। 8. यदि गर्मी उपचार के परिणामस्वरूप, उत्पाद अपनी प्रवाह क्षमता खो देता है, तो यह एक बॉल मिल 9. ग्राउंड में है। उपकरण 7, 8 और 9 को स्प्रे ड्रायर द्वारा प्रतिस्थापित किया जा सकता है।

विकसित हाइड्रोजन जल वाष्प को दूर करने के लिए एक कंडेनसर 4 से होकर गुजरता है, जो कि सुखाने वाला स्तंभ 5 है और इसे कलेक्टर को भेजा जाता है। भाप कंडेनसेट रिएक्टर में वापस आ जाता है। 3. रिएक्टर में जोड़े गए पानी को गर्म करने के लिए, सर्किट में एक हीट एक्सचेंजर 10 प्रदान किया जाता है।

एल्यूमीनियम हाइड्रॉक्साइड के निरंतर उत्पादन का आयोजन करते समय, इलेक्ट्रोलाइट को आवश्यक तापमान तक गर्म करने के लिए विलायक रिएक्टर के जैकेट को पानी की आपूर्ति की जानी चाहिए। इसके लिए, रिएक्टर 3 के जैकेट में उपयोग की जाने वाली गर्मी का उपयोग किया जाता है।

एल्यूमीनियम हाइड्रॉक्साइड के उत्पादन के लिए विकसित हार्डवेयर और तकनीकी योजना को मौजूदा विद्युत रासायनिक संयंत्रों के आधार पर आसानी से माउंट किया जा सकता है। हाइड्रोजन और एल्यूमीनियम हाइड्रॉक्साइड के उत्पादन की तकनीक यह है कि बारीक छितरी हुई एल्युमिनियम से, जिसमें 20 माइक्रोन से अधिक का कण आकार नहीं है, पानी में पाउडर एल्यूमीनियम का एक निलंबन तैयार किया जाता है, जिसे एक अल्ट्रासोनिक विकिरण इकाई के माध्यम से रिएक्टर में लगातार खिलाया जाता है। रिएक्टर के ऊपरी हिस्से से, परिणामस्वरूप भाप-हाइड्रोजन मिश्रण एक कंडेनसर को खिलाया जाता है जिसमें भाप संघनित होता है, और सुखाने की प्रणाली के माध्यम से हाइड्रोजन को ओवरपास या उपभोक्ता को आपूर्ति की जाती है। एल्यूमीनियम हाइड्रॉक्साइड को रिएक्टर के नीचे से एक स्पष्ट क्लीफ़ायर तक हटा दिया जाता है। हाइड्रोजन और पराबैंगनी एल्यूमीनियम हाइड्रॉक्साइड के उत्पादन की तकनीक एक रासायनिक प्रतिक्रिया पर आधारित है, जिसे योजना के अनुसार प्रस्तुत किया गया है।

पसंदीदा संकेतक।

1. सादगी, विश्वसनीयता और अनुरूपताओं की तुलना में निष्पादन की कॉम्पैक्टनेस।

2. कम ऊर्जा की खपत प्रति 1 मीटर 3 एन और 2 किलो ALOOH: अल्ट्रासाउंड - 500 डब्ल्यू · एच, पंप - 500 डब्ल्यू · एच।

विधि की नवीनता इस तथ्य में निहित है कि एल्यूमीनियम पाउडर के एक जलीय निलंबन की निरंतर नियंत्रित आपूर्ति के साथ, इसकी अल्ट्रासोनिक सक्रियण किया जाता है, जहां एल्यूमीनियम के साथ पानी की रासायनिक बातचीत होती है, हाइड्रोजन के विकास और एल्यूमीनियम ऑक्सीकरण उत्पादों (हाइड्रॉक्साइड्स) के गठन के साथ। सामान्य तौर पर, विकसित विधि में कारकों को प्रभावित करने वाले संयोजन का उपयोग शुद्ध हाइड्रोजन, एल्यूमीनियम ऑक्सीकरण उत्पादों के उत्पादन को सुनिश्चित करता है, प्रक्रिया मिश्रण का सुरक्षित तापमान बनाए रखता है और ऑक्सीजन के साथ हाइड्रोजन के विस्फोटक मिश्रण के गठन को समाप्त करता है।

अल्ट्रासाउंड के साथ उद्योग द्वारा उत्पादित एल्यूमीनियम पाउडर की प्रारंभिक प्रसंस्करण की तकनीक के अनुसार एल्यूमीनियम की सक्रियता बाहर की जाती है।

सैद्धांतिक गणनाओं और प्रायोगिक अध्ययनों के परिणामों से यह निम्नानुसार है कि जब जलीय मीडिया में 1 किलो एल्यूमीनियम जलता है, तो थर्मल ऊर्जा (17.1 MJ) के साथ, उच्च शुद्धता वाले हाइड्रोजन (1.165 एनएम 3) की एक बड़ी मात्रा जारी की जाती है और 2 किलो से अधिक नैनोकिस्ट्रलाइन एल्यूमीनियम हाइड्रॉक्साइड बनते हैं। जिसकी कीमत 50-400 डॉलर प्रति किलोग्राम है।

यह आपको इस प्रक्रिया का उपयोग करने के लिए स्वायत्त, उच्च-प्रदर्शन और ऊर्जा-कुशल गैस उत्पादक उपकरणों में हाइड्रोजन का उत्पादन करने के लिए उपयोग करता है, जिसमें छोटे आकार और स्वायत्त गैस-वेल्डिंग इकाइयां शामिल हैं।

जब उत्पन्न हाइड्रोजन को थर्मल और प्रणोदन प्रणालियों में जलाया जाता है, तो ऊर्जा उपज (30.57 एमजे / किग्रा) एल्युमिना (26.3 एमजे / किग्रा) से प्रारंभिक ईंधन को पुन: प्राप्त करने की लागत से अधिक हो जाती है। वातावरण में विषाक्त घटकों के उत्सर्जन के बिना शुरुआती घटकों (एल्यूमीनियम और पानी) के पूर्ण पुनर्जनन के दौरान ऊर्जा प्रदान की जाती है।

एल्यूमीनियम ऑक्साइड के इलेक्ट्रोलिसिस द्वारा इसके बाद के उत्थान के साथ एल्यूमीनियम के दहन में ऊर्जा की 1 एमजे की विशिष्ट लागत गैसोलीन और जलविद्युत के जलने की तुलना में काफी कम है।

दहन और पुनर्जनन चक्र का ऊर्जा संतुलन वायुमंडलीय ऑक्सीजन द्वारा पानी में जारी हाइड्रोजन के जलने के कारण लगभग 16% ऊर्जा का लाभ प्रदान करता है। इस प्रकार, प्रारंभिक अभिकर्मकों (एल्यूमीनियम और पानी) के पूर्ण उत्थान के साथ, 1 MJ - $ 0.0015 की लागत से स्वायत्त रूप से थर्मल ऊर्जा प्रदान करना संभव है, जो जल हाइड्रोकार्बन ईंधन ($ 0.007) की तुलना में आर्थिक रूप से अधिक लाभदायक है।

एल्यूमीनियम ऊर्जा प्रौद्योगिकियों का उपयोग विभिन्न ऊर्जा उपकरणों में किया जा सकता है, साथ ही हाइड्रोजन के उत्पादन के लिए और अत्यधिक शुद्ध अत्यधिक बिखरे हुए एल्यूमीनियम ऑक्साइड के लिए, जिसका बाजार मूल्य 1 किलो के लिए $ 150 से $ 400 तक है स्रोत एल्यूमीनियम 1,5-2 $ 1 किलो की लागत के साथ।

इस प्रकार, वर्तमान आविष्कार पानी में पाउडर एल्यूमीनियम के निलंबन की प्रारंभिक तैयारी के साथ एक निरंतर मोड में विधि को ले जाने पर किसी दिए गए संरचना और हाइड्रोजन के एल्यूमीनियम हाइड्रॉक्साइड के संयुक्त उत्पादन के लिए अनुमति देता है। परिणामी विधि गैर-अपशिष्ट, विनिर्माण और उच्च उत्पादकता, साथ ही साथ पर्यावरण सुरक्षा की विशेषता है।

इन्वेंटरी का सारांश

एल्यूमीनियम हाइड्रॉक्साइड और हाइड्रोजन के उत्पादन के लिए स्थापना, जिसमें सूक्ष्म रूप से विभाजित एल्यूमीनियम और पानी पाउडर के मिश्रण के लिए एक उपकरण शामिल है, एल्यूमीनियम के साथ पानी की रासायनिक बातचीत के लिए एक रिएक्टर, हाइड्रोजन युक्त गैस मिश्रण और एल्यूमीनियम ऑक्सीकरण उत्पादों के विकास के साथ-साथ हाइड्रोजन युक्त गैस मिश्रण और एल्यूमीनियम ऑक्सीकरण उत्पादों को हटाने के लिए एक उपकरण की विशेषता है। तथ्य यह है कि एल्यूमीनियम के साथ पानी की रासायनिक बातचीत के लिए रिएक्टर एक मिक्सिंग डिवाइस और एक अल्ट्रासोनिक डिवाइस से लैस है रिएक्टर के अंदर स्थित निलंबन का विकिरण।

"हाइड्रोजन केवल आवश्यक होने पर उत्पन्न होता है, इसलिए आप इसे उतना ही उत्पादन कर सकते हैं जितनी आपको आवश्यकता है," वुडाल ने विश्वविद्यालय के संगोष्ठी में समझाया, जिसने खोज के विवरण का वर्णन किया। उदाहरण के लिए, इस तकनीक का उपयोग विभिन्न अनुप्रयोगों में छोटे आंतरिक दहन इंजनों के साथ किया जा सकता है - पोर्टेबल आपातकालीन जनरेटर, लॉन मोवर और आरी। सैद्धांतिक रूप से, इसका उपयोग कारों और ट्रकों पर किया जा सकता है।

हाइड्रोजन को अनायास छोड़ा जाता है जब एल्यूमीनियम और गैलियम के मिश्र धातु से बने गेंदों में पानी डाला जाता है। "उसी समय, एक ठोस मिश्र धातु में एल्यूमीनियम पानी के साथ प्रतिक्रिया करता है, ऑक्सीजन को अपने अणुओं से दूर फाड़ता है," वुडाल टिप्पणी करता है। तदनुसार, शेष हाइड्रोजन को आसपास के स्थान में छोड़ा जाता है।

प्रतिक्रिया के पारित होने के लिए गैलियम की उपस्थिति महत्वपूर्ण है, क्योंकि यह ऑक्सीकरण के दौरान एल्यूमीनियम की सतह पर एक ऑक्साइड फिल्म के गठन को रोकता है। ऐसी फिल्म आमतौर पर एल्यूमीनियम के आगे ऑक्सीकरण को रोकती है, एक बाधा के रूप में कार्य करती है। यदि इसके गठन का उल्लंघन किया जाता है, तो प्रतिक्रिया तब तक जारी रहेगी जब तक सभी एल्यूमीनियम का उपभोग नहीं किया जाता है।

वुडाल ने 1967 में एक तरल एल्यूमीनियम-गैलियम मिश्र धातु के साथ इस प्रक्रिया की खोज की जब उन्होंने अर्धचालक उद्योग में काम किया। "मैं गैलियम और एल्यूमीनियम के मिश्र धातु युक्त क्रूसिबल को साफ करता हूं," वे कहते हैं। जब मैंने वहां पानी डाला, तो एक मजबूत कपास हुई। उसके बाद मैं प्रयोगशाला में सेवानिवृत्त हुआ और कई घंटों तक अध्ययन किया कि वास्तव में क्या हुआ था। "

“गैलियम एक आवश्यक घटक है, क्योंकि यह कम तापमान पर पिघलता है और एल्यूमीनियम को घोलता है, जो पानी के साथ प्रतिक्रिया करना संभव बनाता है। - वुडॉल बताते हैं। "यह एक अप्रत्याशित खोज थी, क्योंकि यह सर्वविदित है कि ठोस एल्यूमीनियम पानी के साथ बातचीत नहीं करता है।"

अंतिम प्रतिक्रिया उत्पाद गैलियम और एल्यूमिना हैं। हाइड्रोजन के जलने से पानी बनता है। "इस प्रकार, कोई विषाक्त उत्सर्जन प्राप्त नहीं किया जाता है," वुडल कहते हैं। "यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि गैलियम प्रतिक्रिया में शामिल नहीं है, ताकि इसका निपटान और पुन: उपयोग किया जा सके। यह महत्वपूर्ण है, क्योंकि अब यह धातु एल्यूमीनियम की तुलना में बहुत अधिक महंगा है। हालांकि, यदि इस प्रक्रिया का व्यापक रूप से उपयोग किया जाना शुरू हो जाता है, तो खनन उद्योग सस्ता निम्न-श्रेणी गैलियम का उत्पादन करने में सक्षम होगा। तुलना के लिए, वर्तमान में उपयोग किए जाने वाले सभी गैलियम को अत्यधिक शुद्ध किया जाता है और मुख्य रूप से अर्धचालक उद्योग में उपयोग किया जाता है। ”

वुडॉल का कहना है कि चूंकि आंतरिक दहन इंजन में गैसोलीन के बजाय हाइड्रोजन का उपयोग किया जा सकता है, इसलिए ऑटोमोबाइल परिवहन में तकनीक का उपयोग करना संभव है। हालांकि, गैसोलीन के साथ प्रतिस्पर्धा करने की तकनीक के लिए, एल्यूमिना को कम करने की लागत को कम करना आवश्यक है। "अभी, एल्यूमीनियम की एक पाउंड की लागत $ 1 से अधिक है, और इसलिए आपको $ 3 प्रति गैलन की कीमत पर गैसोलीन के बराबर हाइड्रोजन की मात्रा नहीं मिल सकती है," वुडाल बताते हैं।

हालांकि, एल्यूमीनियम की लागत को कम किया जा सकता है अगर यह इलेक्ट्रोलिसिस द्वारा ऑक्साइड से प्राप्त किया जाता है, और इसके लिए बिजली या साथ जाएगी। इस मामले में, एल्यूमीनियम का मौके पर ही उत्पादन किया जा सकता है, और बिजली को स्थानांतरित करने की कोई आवश्यकता नहीं है, जिससे समग्र लागत कम हो जाती है। इसके अलावा, ऐसे सिस्टम दूरस्थ क्षेत्रों में स्थित हो सकते हैं, जो परमाणु ऊर्जा संयंत्रों का निर्माण करते समय विशेष रूप से महत्वपूर्ण है। वुडॉल के अनुसार, यह दृष्टिकोण गैसोलीन के उपयोग को कम करेगा, प्रदूषण और तेल के आयात पर निर्भरता को कम करेगा।

"हम इसे एल्यूमीनियम-आधारित हाइड्रोजन ऊर्जा कहते हैं," वुडल कहते हैं, "और आंतरिक दहन इंजनों को हाइड्रोजन में परिवर्तित करने में कोई कठिनाई नहीं होगी।" जरूरत है कि उनके ईंधन इंजेक्टर को हाइड्रोजन के साथ प्रतिस्थापित किया जाए। ”

सिस्टम का उपयोग ईंधन कोशिकाओं को बिजली देने के लिए भी किया जा सकता है। इस मामले में, यह पहले से ही गैसोलीन इंजन के साथ प्रतिस्पर्धा कर सकता है - यहां तक \u200b\u200bकि आज एल्यूमीनियम की उच्च लागत पर भी। वुडल कहते हैं, "ईंधन सेल सिस्टम की दक्षता 75% है, जबकि आंतरिक दहन इंजन 25% है," इस प्रकार, जैसे ही तकनीक व्यापक रूप से उपलब्ध होगी, हमारी हाइड्रोजन रिकवरी तकनीक आर्थिक रूप से व्यवहार्य हो जाएगी। "

वैज्ञानिक ऊर्जा उत्पादन के लिए एल्यूमीनियम के मूल्य पर जोर देते हैं। वुडाल बताते हैं, "ज्यादातर लोग यह नहीं जानते हैं कि इसमें कितनी ऊर्जा निहित है।" इस प्रकार, एल्यूमीनियम मिश्र धातु (लगभग 150 किलो) की गेंदों से भरे टैंक के साथ एक औसत कार लगभग 600 किमी ड्राइव करने में सक्षम होगी, और इसकी लागत $ 60 होगी (यह माना जाता है कि एल्यूमीनियम ऑक्साइड का निपटान किया जाएगा)। तुलना के लिए, अगर मैं टैंक में गैस डालता हूं, तो मुझे प्रत्येक पाउंड से 6 kW * घंटे प्राप्त होंगे, जो एल्यूमीनियम के एक पाउंड से 2.5 गुना अधिक ऊर्जा है। दूसरे शब्दों में, समान ऊर्जा प्राप्त करने के लिए मुझे 2.5 गुना अधिक एल्यूमीनियम की आवश्यकता होगी। हालांकि, यह महत्वपूर्ण है कि मैं पूरी तरह से गैसोलीन को छोड़ दूं और इसके बजाय संयुक्त राज्य अमेरिका में उपलब्ध सस्ते पदार्थ का उपयोग करूं। "