คุณลักษณะที่ยอดเยี่ยมที่สุดสำหรับนิยายวิทยาศาสตร์และโดยหลักการแล้วที่เราทุกคนคาดหวังในอนาคตคือการเติมน้ำลงในถังของรถแล้วขับออกไป ขณะนี้ไฮโดรเจนได้รับการพิจารณามาระยะหนึ่งแล้วและถูกใช้ในบางพื้นที่เป็นเชื้อเพลิงที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม แต่การใช้เชื้อเพลิงไฮโดรเจนในวงกว้างนั้นถูกขัดขวางจากปัญหาหลายประการที่ยังไม่ได้รับการแก้ไขในปัจจุบัน ปัญหาหลักคือการจัดเก็บและการขนส่ง

และการผลิตโดยตรงในรถยนต์จากน้ำโดยตรงจะเป็นตัวเลือกที่เจ๋งที่สุด

ดูเหมือนเราจะใกล้ชิดกันมากขึ้นเรื่อยๆ...

กลุ่มนักวิจัยจากห้องปฏิบัติการวิจัยกองทัพบกสหรัฐ ซึ่งทำการทดลองที่พื้นที่ทดสอบอเบอร์ดีน ใกล้แมริแลนด์ ได้ทำการค้นพบโดยไม่ได้ตั้งใจ นักวิจัยสังเกตเห็นกระบวนการปล่อยไฮโดรเจนอย่างรวดเร็วทันทีหลังจากมีน้ำหกลงบนบล็อกของโลหะผสมอะลูมิเนียมพิเศษ ซึ่งองค์ประกอบยังคงถูกเก็บเป็นความลับ

จากวิชาเคมีของโรงเรียนถ้าใครยังจำได้ ไฮโดรเจนเป็นผลพลอยได้จากปฏิกิริยาระหว่างน้ำกับอะลูมิเนียม อย่างไรก็ตาม ปฏิกิริยานี้มักจะเกิดขึ้นเมื่อมีเพียงพอเท่านั้น อุณหภูมิสูงหรือมีตัวเร่งปฏิกิริยาพิเศษอยู่ และถึงอย่างนั้นมันก็ดำเนินไปค่อนข้าง "สบาย ๆ" การเติมถังรถยนต์ไฮโดรเจนจะใช้เวลาประมาณ 50 ชั่วโมงและประสิทธิภาพการใช้พลังงานของวิธีการผลิตไฮโดรเจนนี้ไม่เกิน 50 เปอร์เซ็นต์

ที่กล่าวมาทั้งหมดไม่เกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาที่อลูมิเนียมอัลลอยด์ใหม่เข้ามามีส่วนร่วม “ประสิทธิภาพของปฏิกิริยานี้เกือบ 100 เปอร์เซ็นต์ และตัวปฏิกิริยาจะเร่งไปสู่ประสิทธิภาพการผลิตสูงสุดภายในเวลาไม่ถึงสามนาที” Scott Gredahl หัวหน้าทีมกล่าว

การใช้ระบบที่ผลิตไฮโดรเจนตามความจำเป็นจะช่วยแก้ปัญหาที่มีอยู่ได้มากมาย น้ำและโลหะผสมอลูมิเนียมสามารถขนส่งจากที่หนึ่งไปยังอีกที่หนึ่งได้ง่าย สารทั้งสองชนิดนี้มีความเฉื่อยและเสถียร ประการที่สอง ไม่จำเป็นต้องมีตัวเร่งปฏิกิริยาหรือการกดครั้งแรกเพื่อเริ่มปฏิกิริยา ปฏิกิริยาจะเริ่มทันทีที่น้ำสัมผัสกับโลหะผสม

ที่กล่าวมาทั้งหมดไม่ได้หมายความว่านักวิจัยได้ค้นพบยาครอบจักรวาลในด้านเชื้อเพลิงไฮโดรเจน ในกรณีนี้ยังมีประเด็นอีกหลายประเด็นที่ต้องชี้แจงหรือชี้แจง คำถามแรกคือแผนการผลิตไฮโดรเจนนี้จะใช้งานได้นอกห้องปฏิบัติการหรือไม่ เนื่องจากมีตัวอย่างเทคโนโลยีทดลองมากมายที่ใช้งานได้ดีในห้องปฏิบัติการ แต่ล้มเหลวโดยสิ้นเชิงในการทดสอบภาคสนาม ประเด็นที่สองคือความซับซ้อนและต้นทุนในการผลิตอะลูมิเนียมอัลลอยด์ ต้นทุนของผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยารีไซเคิล ซึ่งจะกลายเป็นปัจจัยกำหนดความเป็นไปได้ทางเศรษฐกิจของวิธีใหม่ในการผลิตไฮโดรเจน

โดยสรุปควรสังเกตว่าไม่น่าจะใช้เวลามากในการชี้แจงประเด็นที่กล่าวมาข้างต้น และหลังจากนี้จึงจะสามารถสรุปข้อสรุปเกี่ยวกับความมีชีวิตต่อไปของวิธีการผลิตเชื้อเพลิงไฮโดรเจนแบบใหม่ได้

ป.ล.. DeLorean ในภาพแรกเพื่อดึงดูดความสนใจ :-)

แหล่งที่มา

ไฮโดรเจนเป็นก๊าซชนิดเดียวที่สามารถละลายได้อย่างเห็นได้ชัดในอะลูมิเนียมและโลหะผสม ความสามารถในการละลายจะแตกต่างกันไปตามสัดส่วนของอุณหภูมิและรากที่สองของความดัน ดังที่แสดงในภาพ ความสามารถในการละลายของไฮโดรเจนในอะลูมิเนียมเหลวจะสูงกว่าอะลูมิเนียมที่เป็นของแข็งอย่างมาก: 0.65 และ 0.034 มล./100 กรัม ตามลำดับ ค่าเหล่านี้แตกต่างกันเล็กน้อยขึ้นอยู่กับ องค์ประกอบทางเคมีโลหะผสม เมื่ออะลูมิเนียมหลอมเหลวที่มีปริมาณไฮโดรเจนสูงกว่าความสามารถในการละลายของของแข็งอย่างมีนัยสำคัญจะเย็นลงและแข็งตัว ก็สามารถปล่อยออกมาในรูปโมเลกุล ซึ่งส่งผลให้เกิดรูพรุนหลักหรือรูพรุนรอง

ความพรุนของไฮโดรเจนของอะลูมิเนียม

การก่อตัวของฟองไฮโดรเจนในอะลูมิเนียมขึ้นอยู่กับอัตราการเย็นลงและการแข็งตัวเป็นอย่างมาก รวมถึงการมีอยู่ของตำแหน่งนิวเคลียสสำหรับการวิวัฒนาการของไฮโดรเจน เช่น ออกไซด์ที่ติดอยู่ภายในสารหลอมเหลว ดังนั้น สำหรับการก่อตัวของความพรุน จำเป็นต้องมีปริมาณไฮโดรเจนที่ละลายมากเกินไปอย่างมีนัยสำคัญ เมื่อเทียบกับความสามารถในการละลายของไฮโดรเจนในอะลูมิเนียมที่เป็นของแข็ง ในกรณีที่ไม่มีศูนย์นิวเคลียส จำเป็นต้องมีไฮโดรเจนความเข้มข้นค่อนข้างสูงเพื่อปล่อยไฮโดรเจน - ประมาณ 0.30 มล./100 ก. ในโลหะผสมทางอุตสาหกรรมหลายชนิด จะตรวจไม่พบความพรุน และในกรณีนี้ค่อนข้างมาก เนื้อหาสูงไฮโดรเจน 0.15 มล./100 ก.

ไฮโดรเจนในการหล่ออลูมิเนียม

ตำแหน่งของไฮโดรเจนในอะลูมิเนียมที่แข็งตัวขึ้นอยู่กับระดับของเนื้อหาในอะลูมิเนียมเหลวและสภาวะที่เกิดการแข็งตัว เนื่องจากการมีอยู่ของความพรุนของไฮโดรเจนเป็นผลมาจากกลไกการเกิดนิวเคลียสและการเจริญเติบโตที่ถูกควบคุมโดยการแพร่กระจาย ความเข้มข้นของไฮโดรเจนที่ลดลงและการเพิ่มขึ้นของอัตราการแข็งตัวจะยับยั้งการเกิดนิวเคลียสและการเจริญเติบโตของรูพรุน ด้วยเหตุนี้ การหล่อที่ทำใน . จึงมีความอ่อนไหวต่อข้อบกพร่องที่เกี่ยวข้องกับไฮโดรเจนมากกว่าการหล่อที่ทำใน เช่น

แหล่งที่มาของไฮโดรเจนในอะลูมิเนียม

ไฮโดรเจนเข้าสู่อะลูมิเนียมจากหลายแหล่ง รวมถึงบรรยากาศของเตาเผา วัสดุประจุ ฟลักซ์ เครื่องมือหลอม และปฏิกิริยาระหว่างอะลูมิเนียมหลอมเหลวกับแม่พิมพ์

บรรยากาศเตา. หากเตาหลอมใช้ก๊าซธรรมชาติหรือเช่นน้ำมันเชื้อเพลิง การเผาไหม้เชื้อเพลิงที่ไม่สมบูรณ์อาจเกิดขึ้นได้จากการก่อตัวของไฮโดรเจนอิสระ

ชาร์จวัสดุ. แท่งโลหะ เศษเหล็ก และโรงหล่อที่ส่งคืนอาจมีออกไซด์ ผลิตภัณฑ์ที่มีฤทธิ์กัดกร่อน ทรายและเศษเหลือจากการหล่ออื่นๆ รวมถึงสารหล่อลื่นที่ใช้ระหว่างการตัดเฉือน มลพิษทั้งหมดนี้เป็นแหล่งของไฮโดรเจนที่อาจเกิดขึ้นได้ ซึ่งเกิดขึ้นระหว่างการลดปริมาณลง อินทรียฺวัตถุหรือการสลายตัวทางเคมีของไอน้ำ

ฟลักซ์ฟลักซ์ส่วนใหญ่เป็นเกลือ และเช่นเดียวกับเกลืออื่นๆ พวกมันสามารถดูดความชื้นได้ นั่นคือพร้อมที่จะดูดซับน้ำ "อย่างมีความสุข" ดังนั้นฟลักซ์เปียกจึงนำไฮโดรเจนเข้าไปในการหลอมอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ซึ่งเกิดขึ้นระหว่างการสลายตัวทางเคมีของน้ำ

เครื่องมือหลอมเครื่องมือหลอม เช่น พลั่ว เครื่องขูด และพลั่ว ก็สามารถเป็นแหล่งของไฮโดรเจนได้หากไม่รักษาความสะอาด ออกไซด์และฟลักซ์ที่ตกค้างบนเครื่องมือดังกล่าวเป็นแหล่งปนเปื้อนที่ยุ่งยากเป็นพิเศษ เนื่องจากดูดซับความชื้นโดยตรงจากอากาศโดยรอบ วัสดุทนไฟของเตาเผา รางและช่องทางจำหน่าย ปูนขาวและปูนซีเมนต์ และถังเก็บตัวอย่าง ล้วนเป็นแหล่งของไฮโดรเจน โดยเฉพาะอย่างยิ่งหากไม่ได้ทำให้แห้งเพียงพอ

ปฏิกิริยาระหว่างอลูมิเนียมเหลวกับแม่พิมพ์หล่อหากโลหะเหลวไหลปั่นป่วนมากเกินไปในระหว่างการเติมแม่พิมพ์หล่อ โลหะจะสามารถดักอากาศเข้าไปในปริมาตรภายในได้ หากอากาศไม่สามารถหรือไม่มีเวลาหลบหนีก่อนที่การแข็งตัวจะเริ่มขึ้น ไฮโดรเจนจะเข้าสู่โลหะ การกักเก็บอากาศอาจเกิดจากตัวป้อนแม่พิมพ์ที่สร้างขึ้นอย่างไม่เหมาะสม แหล่งไฮโดรเจนอีกแหล่งหนึ่งคือแม่พิมพ์หล่อทรายที่เปียกมากเกินไป

ปฏิกิริยาของอลูมิเนียมกับไฮโดรเจน

เชื่อกันว่าอลูมิเนียมไม่ทำปฏิกิริยาโดยตรงกับไฮโดรเจนเช่นเดียวกับโลหะส่วนใหญ่ โดยทั่วไปแล้ว โลหะจะก่อตัวเป็นสารประกอบโดยการสูญเสียอิเล็กตรอน ซึ่งองค์ประกอบอื่นยอมรับได้ ไฮโดรเจนยังสร้างสารประกอบโดยการสูญเสียอิเล็กตรอน (หรือการแบ่งปันอิเล็กตรอน) ดังนั้นอะตอมไฮโดรเจนจึงไม่ยอมรับอิเล็กตรอนที่โลหะบริจาคเพื่อสร้างสารประกอบ มีเพียงบางส่วนเท่านั้นที่ซ้ำมาก โลหะที่ใช้งานอยู่โลหะเช่นโซเดียม โพแทสเซียม แคลเซียม และแมกนีเซียมสามารถบังคับให้อะตอมไฮโดรเจนรับอิเล็กตรอนของพวกมันเพื่อสร้างสารประกอบไอออนิกแข็งที่เรียกว่าไฮไดรด์ของโลหะเหล่านี้

การสังเคราะห์อะลูมิเนียมไฮไดรด์โดยตรงจากไฮโดรเจนและอะลูมิเนียมต้องใช้แรงดันบ้าประมาณ 2,000000000 บรรยากาศและอุณหภูมิสูงกว่า 800 K ขณะเดียวกัน ก็ยังมีสารประกอบเช่นอะลูมิเนียมไฮไดรด์อยู่ อะลูมิเนียมไฮไดรด์เป็นสารประกอบที่ไม่เสถียรซึ่งสลายตัวได้ง่ายที่อุณหภูมิสูงกว่า 100 °C ไม่ได้ได้มาโดยตรง แต่เป็นผลจากปฏิกิริยาของสารประกอบอื่นๆ

อลูมิเนียม

อะลูมิเนียมเป็นองค์ประกอบที่มีหมายเลขซีเรียล 13 สัมพันธ์กัน มวลอะตอม– 26.98154. ตั้งอยู่ในช่วงที่ 3 กลุ่มที่ 3 กลุ่มย่อยหลัก การกำหนดค่าอิเล็กทรอนิกส์: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1 3d 0 สถานะออกซิเดชันที่เสถียรของอะลูมิเนียมคือ “+3” แคตไอออนที่ได้จะมีเปลือกก๊าซมีตระกูลซึ่งมีส่วนทำให้เกิดความเสถียร แต่อัตราส่วนของประจุต่อรัศมีซึ่งก็คือความเข้มข้นของประจุนั้นค่อนข้างสูงซึ่งจะทำให้พลังงานของแคตไอออนเพิ่มขึ้น คุณลักษณะนี้นำไปสู่ความจริงที่ว่าอะลูมิเนียมพร้อมกับสารประกอบไอออนิก ก่อให้เกิดสารประกอบโควาเลนต์จำนวนหนึ่ง และแคตไอออนของอะลูมิเนียมจะผ่านการไฮโดรไลซิสอย่างมีนัยสำคัญในสารละลาย

อะลูมิเนียมสามารถแสดงวาเลนซ์ I ได้ที่อุณหภูมิสูงกว่า 1,500 o C เท่านั้น โดยทราบ Al 2 O และ AlCl

โดย คุณสมบัติทางกายภาพอลูมิเนียมเป็นโลหะทั่วไปที่มีค่าการนำความร้อนและไฟฟ้าสูง รองจากเงินและทองแดงเท่านั้น ศักยภาพไอออไนเซชันของอลูมิเนียมไม่สูงมาก ดังนั้นจึงคาดว่ากิจกรรมทางเคมีจะสูงจากอะลูมิเนียม แต่จะลดลงอย่างมากเนื่องจากโลหะถูกปล่อยทิ้งไว้ในอากาศเนื่องจากการก่อตัวของฟิล์มออกไซด์ที่แข็งแกร่งบนพื้นผิว หากโลหะถูกกระตุ้น: a) เอาฟิล์มออกโดยกลไก b) ผสมกัน (ทำปฏิกิริยากับปรอท) c) ใช้ผงจากนั้นโลหะดังกล่าวจะมีปฏิกิริยามากจนทำปฏิกิริยากับความชื้นและออกซิเจนในอากาศโดยยุบตัวตาม กระบวนการ:

4(อัล,Hg) +3O 2 + 6H 2 O = 4Al(OH) 3 + (Hg)

ปฏิกิริยากับสารธรรมดา

1. ผงอลูมิเนียมจะทำปฏิกิริยาเมื่อถูกความร้อนแรง ด้วยออกซิเจนสภาวะเหล่านี้มีความจำเป็นเนื่องจากการทู่ และปฏิกิริยาการก่อตัวของอะลูมิเนียมออกไซด์นั้นมีคายความร้อนสูง โดยจะปล่อยความร้อนออกมา 1,676 กิโลจูล/โมล

2. ด้วยคลอรีนและโบรมีนทำปฏิกิริยาภายใต้สภาวะมาตรฐานและสามารถจุดติดไฟได้ในสภาพแวดล้อม เพียงแต่ไม่ตอบสนอง ด้วยฟลูออรีนเพราะ อะลูมิเนียมฟลูออไรด์ เช่น ออกไซด์ จะสร้างฟิล์มเกลือป้องกันบนพื้นผิวโลหะ ด้วยไอโอดีนทำปฏิกิริยาเมื่อได้รับความร้อนและเมื่อมีน้ำเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา

3. ด้วยกำมะถันทำปฏิกิริยากับฟิวชันโดยให้อลูมิเนียมซัลไฟด์ขององค์ประกอบ Al 2 S 3

4. มันยังทำปฏิกิริยากับฟอสฟอรัสเมื่อถูกความร้อนจนเกิดฟอสไฟด์: AlP

5. โดยตรง ด้วยไฮโดรเจนอลูมิเนียมไม่ทำปฏิกิริยา

6. ด้วยไนโตรเจนทำปฏิกิริยาที่ 800 o C ได้อะลูมิเนียมไนไตรด์ (AlN) ควรจะกล่าวว่าการเผาไหม้ของอลูมิเนียมในอากาศเกิดขึ้นที่อุณหภูมิประมาณเดียวกันดังนั้นผลิตภัณฑ์จากการเผาไหม้ (โดยคำนึงถึงองค์ประกอบของอากาศ) จึงมีทั้งออกไซด์และไนไตรด์

7. ด้วยคาร์บอนอลูมิเนียมทำปฏิกิริยาที่อุณหภูมิที่สูงขึ้น: 2,000 o C อลูมิเนียมคาร์ไบด์ขององค์ประกอบ Al 4 C 3 เป็นของเมทาไนด์ แต่ไม่มี การเชื่อมต่อ C-Cและไฮโดรไลซิสจะปล่อยมีเทน: Al 4 C 3 + 12H 2 O = 4Al(OH) 3 + 3CH 4

ปฏิกิริยากับสารที่ซับซ้อน

1. ด้วยน้ำอลูมิเนียมที่เปิดใช้งาน (ไม่มีฟิล์มป้องกัน) ทำปฏิกิริยาอย่างแข็งขันกับการปล่อยไฮโดรเจน: 2Al (การกระทำ) + 6H 2 O = 2Al(OH) 3 + 3H 2 อะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ได้ในรูปของผงหลวมสีขาว การขาดหายไป ของฟิล์มไม่รบกวนความสมบูรณ์ของปฏิกิริยา

2. ปฏิกิริยากับกรด:ก) อลูมิเนียมทำปฏิกิริยากับกรดที่ไม่ออกซิไดซ์อย่างแข็งขันตามสมการ: 2Al + 6H 3 O + + 6H 2 O = 2 3+ + 3H 2

b) ปฏิกิริยากับกรดออกซิไดซ์เกิดขึ้นกับคุณสมบัติดังต่อไปนี้ ไนโตรเจนเข้มข้นและ กรดซัลฟูริกและเจือจางมากด้วย กรดไนตริกอลูมิเนียมทะลุผ่าน (ออกซิเดชันอย่างรวดเร็วของพื้นผิวทำให้เกิดฟิล์มออกไซด์) ในความเย็น เมื่อถูกความร้อนฟิล์มจะหยุดชะงักและเกิดปฏิกิริยา แต่เฉพาะผลิตภัณฑ์ที่ลดลงน้อยที่สุดเท่านั้นที่จะถูกปล่อยออกมาจากกรดเข้มข้นเมื่อถูกความร้อน: 2Al + 6H 2 SO 4 (conc) = Al 2 (SO 4) 3 + 3SO 2 6H 2 O Al + 6HNO 3 ( conc) = Al(NO 3) 3 + 3NO 2 + 3H 2 O ด้วยกรดไนตริกเจือจางปานกลางขึ้นอยู่กับสภาวะของปฏิกิริยาคุณจะได้รับ NO, N 2 O, N 2, NH 4 + .

3. ปฏิสัมพันธ์กับด่างอลูมิเนียมเป็นธาตุแอมโฟเทอริก (ในแง่ของคุณสมบัติทางเคมี) เพราะ มีอิเล็กโตรเนกาติวีตี้ค่อนข้างสูงสำหรับโลหะ - 1.61 ดังนั้นจึงละลายได้ง่ายในสารละลายอัลคาไลด้วยการก่อตัวของไฮดรอกโซเชิงซ้อนและไฮโดรเจน องค์ประกอบของไฮดรอกโซคอมเพล็กซ์ขึ้นอยู่กับอัตราส่วนของรีเอเจนต์: 2Al + 2NaOH + 6H 2 O = 2Na + 3H 2 2Al + 6NaOH + 6H 2 O = 2Na 3 + 3H 2 อัตราส่วนของอลูมิเนียมและไฮโดรเจนถูกกำหนดโดยระบบอิเล็กทรอนิกส์ ความสมดุลของปฏิกิริยารีดอกซ์ที่เกิดขึ้นระหว่างพวกมันกับอัตราส่วนของรีเอเจนต์ไม่ได้ขึ้นอยู่กับ

4. ศักยภาพในการแตกตัวเป็นไอออนต่ำและความสัมพันธ์ระหว่างออกซิเจนสูง (ความเสถียรของออกไซด์สูง) ส่งผลให้อลูมิเนียมมีปฏิกิริยากับ ออกไซด์ของโลหะหลายชนิดคืนค่าพวกเขา ปฏิกิริยาเกิดขึ้นในระหว่างการให้ความร้อนเริ่มแรกโดยปล่อยความร้อนเพิ่มเติมเพื่อให้อุณหภูมิเพิ่มขึ้นเป็น 1200 o - 3000 o C ส่วนผสมของผงอลูมิเนียม 75% และ 25% (โดยน้ำหนัก) Fe 3 O 4 เรียกว่า "เทอร์ไมต์" ก่อนหน้านี้ปฏิกิริยาการเผาไหม้ของส่วนผสมนี้เคยถูกนำมาใช้ในการเชื่อมราง การลดโลหะจากออกไซด์โดยใช้อะลูมิเนียมเรียกว่าอะลูมิเนียมอุณหภูมิ และใช้ในอุตสาหกรรมเป็นกรรมวิธีในการผลิตโลหะ เช่น แมงกานีส โครเมียม วาเนเดียม ทังสเตน และโลหะผสมเฟอร์โรอัลลอย

5. ด้วยสารละลายเกลืออลูมิเนียมมีปฏิสัมพันธ์กับสอง วิธีทางที่แตกต่าง. 1. หากเป็นผลมาจากการไฮโดรไลซิสสารละลายเกลือมีสภาพแวดล้อมที่เป็นกรดหรือด่างไฮโดรเจนจะถูกปล่อยออกมา (ด้วยสารละลายที่เป็นกรดปฏิกิริยาจะเกิดขึ้นเมื่อมีการให้ความร้อนที่สำคัญเท่านั้นเนื่องจากฟิล์มป้องกันออกไซด์ละลายได้ดีกว่าในด่างมากกว่าในกรด) 2Al + 6KHSO 4 + (H 2 O) = อัล 2 (SO 4) 3 + 3K 2 SO 4 + 3H 2 2Al + 2K 2 CO 3 + 8H 2 O = 2K + 2KHCO 3 + 3H 2 2. อะลูมิเนียมสามารถแทนที่โลหะที่มีส่วนประกอบของเกลือซึ่งอยู่ในอนุกรมแรงดันไฟฟ้าทางด้านขวาได้ เช่น จริงๆ แล้วจะถูกออกซิไดซ์โดยแคตไอออนของโลหะเหล่านี้ เนื่องจากฟิล์มออกไซด์ ปฏิกิริยานี้จึงไม่เกิดขึ้นเสมอไป ตัวอย่างเช่น แอนไอออนของคลอไรด์สามารถทำลายฟิล์มได้ และเกิดปฏิกิริยา 2Al + 3FeCl 2 = 2AlCl 3 + 3Fe แต่ปฏิกิริยาที่คล้ายกันกับซัลเฟตที่อุณหภูมิห้องจะไม่ทำงาน ด้วยอะลูมิเนียมกัมมันต์ ปฏิกิริยาใดๆ ที่ไม่ขัดแย้งกัน กฎทั่วไป, จะทำ.

การเชื่อมต่ออลูมิเนียม

1. ออกไซด์ (อัล 2 โอ 3)เป็นที่รู้จักในรูปแบบของการดัดแปลงหลายอย่างซึ่งส่วนใหญ่มีความทนทานมากและเฉื่อยทางเคมี การดัดแปลงα-Al 2 O 3 เกิดขึ้นในธรรมชาติในรูปของแร่คอรันดัม ในผลึกขัดแตะของสารประกอบนี้ บางครั้งแคตไอออนของอะลูมิเนียมจะถูกแทนที่ด้วยแคตไอออนของโลหะอื่นบางส่วน ซึ่งทำให้แร่มีสี ส่วนผสมของ Cr(III) ทำให้เกิดสีแดง ซึ่งคอรันดัมดังกล่าวมีอยู่แล้ว อัญมณีทับทิม. ส่วนผสมของ Ti(III) และ Fe(III) จะทำให้เกิดแซฟไฟร์สีน้ำเงิน การดัดแปลงแบบอสัณฐานนั้นมีฤทธิ์ทางเคมี อะลูมิเนียมออกไซด์เป็นแอมโฟเทอริกออกไซด์ทั่วไปที่ทำปฏิกิริยากับทั้งกรดและออกไซด์ที่เป็นกรด และกับด่างและออกไซด์พื้นฐาน โดยที่อัลคาไลจะดีกว่า ผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาในสารละลายและในเฟสของแข็งระหว่างฟิวชั่นจะแตกต่างกัน: Na 2 O + Al 2 O 3 = 2NaAlO 2 (ฟิวชั่น) - โซเดียมเมตาลูมิเนต, 6NaOH + Al 2 O 3 = 2Na 3 AlO 3 + 3H 2 O (ฟิวชั่น ) - โซเดียมออร์โธอลูมิเนต, Al 2 O 3 + 3CrO 3 = Al 2 (CrO 4) 3 (ฟิวชั่น) - อลูมิเนียมโครเมต นอกจากออกไซด์และด่างที่เป็นของแข็งแล้วอลูมิเนียมในระหว่างการฟิวชั่นยังทำปฏิกิริยากับเกลือที่เกิดจากออกไซด์ของกรดระเหยโดยแทนที่พวกมันจากองค์ประกอบเกลือ: K 2 CO 3 + Al 2 O 3 = 2KAlO 2 + CO 2 ปฏิกิริยาในสารละลาย: Al 2 O 3 + 6HCl = 2 3+ + 6Cl 1- + 3H 2 O อัล 2 O 3 +2 NaOH + 3H 2 O =2 Na – โซเดียมเตตระไฮดรอกซีอะลูมิเนต จริงๆ แล้ว tetrahydroxoaluminate anion ก็คือ 1-tetrahydroxodiaquaanion เพราะว่า การประสานงานหมายเลข 6 จะดีกว่าสำหรับอลูมิเนียม เมื่อมีอัลคาไลมากเกินไปจะเกิดเฮกซะไฮดรอกโซอะลูมิเนต: Al 2 O 3 + 6NaOH + 3H 2 O = 2Na 3 นอกจากกรดและด่างแล้วยังสามารถคาดหวังปฏิกิริยากับเกลือที่เป็นกรดได้: 6KHSO 4 + Al 2 O 3 = 3K 2 SO 4 + Al 2 (SO 4) 3 + 3H 2 O

3. อะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์. มีอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ที่รู้จักอยู่ 2 ชนิด ได้แก่ เมตาไฮดรอกไซด์ -Al2O(OH) และออร์โธไฮดรอกไซด์ - Al(OH) 3 ทั้งสองชนิดไม่ละลายในน้ำ แต่ก็เป็นแอมโฟเทอริกด้วยดังนั้นจึงละลายในสารละลายกรดและด่างรวมถึงเกลือที่มีสภาพแวดล้อมที่เป็นกรดหรือด่างอันเป็นผลมาจากไฮโดรไลซิส เมื่อหลอมละลาย ไฮดรอกไซด์จะทำปฏิกิริยาคล้ายกับออกไซด์ เช่นเดียวกับเบสที่ไม่ละลายอื่นๆ อะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์จะสลายตัวเมื่อถูกความร้อน: 2Al(OH) 3 = Al 2 O 3 + 3H 2 O การละลายในสารละลายด่าง อะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์จะไม่ละลายในแอมโมเนียที่เป็นน้ำ ดังนั้นจึงสามารถตกตะกอนด้วยแอมโมเนียจากสิ่งที่ละลายได้ เกลือ: Al(NO 3) 3 + 3NH 3 + 2H 2 O = AlO(OH)↓ + 3NH 4 NO 3 ปฏิกิริยานี้ทำให้เกิดเมตาไฮดรอกไซด์ เป็นการยากที่จะตกตะกอนไฮดรอกไซด์ด้วยการกระทำของด่างเพราะว่า ผลการตกตะกอนจะละลายได้ง่ายและปฏิกิริยาทั้งหมดจะอยู่ในรูปแบบ: AlCl 3 + 4 NaOH = Na + 3NaCl

4. เกลืออลูมิเนียมเกลืออลูมิเนียมเกือบทั้งหมดละลายในน้ำได้สูง AlPO 4 ฟอสเฟตและ AlF 3 ฟลูออไรด์ไม่ละลายน้ำ เพราะ อะลูมิเนียมไอออนบวกมีความเข้มข้นของประจุสูง ส่วนคอมเพล็กซ์ในน้ำจะได้คุณสมบัติของกรดประจุบวก: 3+ + H 2 O = H 3 O + + 2+ เช่น เกลืออลูมิเนียมผ่านการไฮโดรไลซิสไอออนบวกอย่างแรง ในกรณีของเกลือที่เป็นกรดอ่อน เนื่องจากการไฮโดรไลซิสร่วมกันที่ไอออนบวกและไอออน ทำให้ไฮโดรไลซิสไม่สามารถย้อนกลับได้ ในสารละลาย อลูมิเนียมคาร์บอเนต ซัลไฟต์ ซัลไฟด์ และซิลิเกตจะถูกสลายตัวอย่างสมบูรณ์ด้วยน้ำหรือไม่สามารถรับได้จากปฏิกิริยาการแลกเปลี่ยน: Al 2 S 3 + 6H 2 O = 2Al(OH) 3 ↓ + 3H 2 S 2Al(NO 3) 3 + 3K 2 CO 3 + 3H 2 O = 2Al(OH) 3 ↓ + 3CO 2 + 6KNO 3 สำหรับเกลือบางชนิด การไฮโดรไลซิสจะไม่สามารถกลับคืนสภาพเดิมได้เมื่อถูกความร้อน เมื่อถูกความร้อน อลูมิเนียมอะซิเตตเปียกจะสลายตัวตามสมการ: 2Al(OOCCH 3) 3 + 3H 2 O = Al 2 O 3 + 6CH 3 COOH ในกรณีของอะลูมิเนียมเฮไลด์ การสลายตัวของเกลือจะอำนวยความสะดวกโดยการลดลงของ ความสามารถในการละลายของก๊าซไฮโดรเจนเฮไลด์เมื่อถูกความร้อน: AlCl 3 + 3H 2 O = Al(OH) 3 ↓ + 3HCl ในบรรดาอะลูมิเนียมเฮไลด์ มีเพียงฟลูออไรด์เท่านั้นที่เป็นสารประกอบไอออนิก เฮไลด์ที่เหลือคือสารประกอบโควาเลนต์ จุดหลอมเหลวของพวกมันต่ำกว่าฟลูออไรด์อย่างมีนัยสำคัญ อลูมิเนียมคลอไรด์สามารถระเหิดได้ ที่อุณหภูมิสูงมาก ไอระเหยจะมีโมเลกุลเดี่ยวของอลูมิเนียมเฮไลด์ ซึ่งมีโครงสร้างเป็นรูปสามเหลี่ยมแบนเนื่องจากการไฮบริด sp 2 ของวงโคจรอะตอมของอะตอมกลาง สถานะพื้นของสารประกอบเหล่านี้ในไอระเหยและในตัวทำละลายอินทรีย์บางชนิดคือไดเมอร์ เช่น Al 2 Cl 6 . อลูมิเนียมเฮไลด์มีกรดลูอิสเข้มข้นเพราะว่า มีวงโคจรอะตอมว่าง การละลายในน้ำจึงเกิดขึ้นเมื่อมีการปล่อยความร้อนจำนวนมากออกมา สารประกอบอะลูมิเนียมประเภทที่น่าสนใจ (เช่นเดียวกับโลหะไตรวาเลนต์อื่นๆ) คือสารส้ม - ซัลเฟตคู่ 12 ในน้ำ M I M III (SO 4) 2 ซึ่งเมื่อละลายเหมือนเกลือคู่ทั้งหมด จะทำให้เกิดส่วนผสมของแคตไอออนและแอนไอออนที่สอดคล้องกัน

5. การเชื่อมต่อที่ซับซ้อนลองพิจารณาไฮดรอกโซคอมเพล็กซ์ของอลูมิเนียม เหล่านี้เป็นเกลือซึ่งมีอนุภาคเชิงซ้อนคือไอออน เกลือทั้งหมดละลายได้ พวกมันจะถูกทำลายเมื่อทำปฏิกิริยากับกรด ในกรณีนี้กรดแก่จะละลายออร์โธไฮดรอกไซด์ที่เกิดขึ้นและออกไซด์ที่เป็นกรดอ่อนหรือสอดคล้องกัน (H 2 S, CO 2, SO 2) จะตกตะกอน: K + 4HCl = KCl + AlCl 3 + 4H 2 O K + CO 2 = Al(OH ) 3 ↓ + KHCO 3

เมื่อเผา ไฮดรอกโซอะลูมิเนตจะเปลี่ยนเป็นออร์โธ-หรือเมตาอะลูมิเนต โดยสูญเสียน้ำ

เหล็ก

องค์ประกอบที่มีเลขอะตอม 26 โดยมีมวลอะตอมสัมพัทธ์ 55.847 เป็นขององค์ประกอบตระกูล 3d มีการกำหนดค่าอิเล็กทรอนิกส์: 3d 6 4s 2 และใน ตารางธาตุอยู่ในช่วง IV, กลุ่ม VIII, กลุ่มย่อยรอง ในสารประกอบ เหล็กจะมีสถานะออกซิเดชันเป็นส่วนใหญ่ +2 และ +3 ไอออน Fe 3+ มีเปลือกดีอิเล็กตรอนแบบ 3d 5 ที่เต็มไปด้วยครึ่งหนึ่ง ซึ่งให้ความเสถียรเพิ่มเติม การบรรลุสถานะออกซิเดชัน +4, +6, +8 นั้นยากกว่ามาก

ตามคุณสมบัติทางกายภาพของเหล็ก เหล็กเป็นโลหะสีขาวเงิน มันเงา ค่อนข้างอ่อน อ่อนตัวได้ แม่เหล็กได้ง่ายและล้างอำนาจแม่เหล็ก จุดหลอมเหลว 1539 o C มีการดัดแปลง allotropic หลายอย่างซึ่งแตกต่างกันในประเภทของโครงตาข่ายคริสตัล

คุณสมบัติของสารเชิงเดี่ยว

1. เมื่อถูกเผาในอากาศจะเกิดออกไซด์ผสม Fe 3 O 4 และเมื่อทำปฏิกิริยากับออกซิเจนบริสุทธิ์ - Fe 2 O 3 ผงเหล็กเป็นแบบ pyrophoric - ติดไฟได้เองในอากาศ

2. ฟลูออรีน คลอรีน และโบรมีนทำปฏิกิริยากับเหล็กได้ง่าย โดยออกซิไดซ์เป็น Fe 3+ FeJ 2 เกิดขึ้นจากไอโอดีน เนื่องจากไอออนบวกของเหล็กไตรวาเลนท์จะออกซิไดซ์ไอออนไอโอไดด์ ดังนั้นจึงไม่มีสารประกอบ FeJ 3 อยู่

3. ด้วยเหตุผลที่คล้ายกัน ไม่มีสารประกอบ Fe 2 S 3 และปฏิกิริยาของเหล็กและซัลเฟอร์ที่จุดหลอมเหลวของกำมะถันนำไปสู่สารประกอบ FeS เมื่อมีกำมะถันมากเกินไปจะได้ไพไรต์ - เหล็ก (II) ซัลไฟด์ - FeS 2 สารประกอบที่ไม่ใช่ปริมาณสัมพันธ์ก็เกิดขึ้นเช่นกัน

4. เหล็กทำปฏิกิริยากับอโลหะอื่นๆ ภายใต้ความร้อนแรง เกิดเป็นสารละลายแข็งหรือสารประกอบคล้ายโลหะ คุณสามารถให้ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นที่อุณหภูมิ 500 o C: 3Fe + C = Fe 3 C สารประกอบของเหล็กและคาร์บอนนี้เรียกว่าซีเมนไทต์

5. เหล็กเกิดเป็นโลหะผสมกับโลหะหลายชนิด

6. เหล็กจะถูกเคลือบด้วยฟิล์มออกไซด์ในอากาศที่อุณหภูมิห้อง จึงไม่ทำปฏิกิริยากับน้ำ การทำปฏิกิริยากับไอน้ำร้อนยวดยิ่งได้ผลิตภัณฑ์ต่อไปนี้: 3Fe + 4H 2 O (ไอน้ำ) = Fe 3 O 4 + 4H 2 เหล็กจะทำปฏิกิริยากับความชื้นในอากาศเมื่อมีออกซิเจน: 4Fe + 3O 2 + 6H 2 O = 4Fe(OH) 3 สมการข้างต้นสะท้อนถึงกระบวนการเกิดสนิม ซึ่งมากถึง 10% ของผลิตภัณฑ์โลหะต้องเผชิญต่อปี

7. เนื่องจากเหล็กอยู่ในอนุกรมแรงดันไฟฟ้าก่อนไฮโดรเจน จึงทำปฏิกิริยากับกรดที่ไม่ออกซิไดซ์ได้ง่าย แต่จะถูกออกซิไดซ์ที่ Fe 2+ เท่านั้น

8. กรดไนตริกและซัลฟิวริกเข้มข้นผ่านเหล็ก แต่ปฏิกิริยาจะเกิดขึ้นเมื่อถูกความร้อน กรดไนตริกเจือจางยังทำปฏิกิริยาที่อุณหภูมิห้องด้วย ด้วยกรดออกซิไดซ์ทั้งหมด เหล็กจะผลิตเกลือของเหล็ก (III) (ตามรายงานบางฉบับ การก่อตัวของเหล็ก (II) ไนเตรตเป็นไปได้ด้วยกรดไนตริกเจือจาง) และลด HNO 3 (เจือจาง) เป็น NO, N 2 O, N 2 , NH 4 + ขึ้นอยู่กับเงื่อนไขและ HNO 3 (เข้มข้น) - ถึง NO 2 เนื่องจากความร้อนที่จำเป็นสำหรับปฏิกิริยาที่จะเกิดขึ้น

9. เหล็กสามารถทำปฏิกิริยากับด่างเข้มข้น (50%) เมื่อถูกความร้อน: Fe + 2KOH + 2H 2 O = K 2 + H 2

10. เมื่อทำปฏิกิริยากับสารละลายเกลือของโลหะที่มีฤทธิ์น้อย เหล็กจะขจัดโลหะเหล่านี้ออกจากองค์ประกอบของเกลือ และกลายเป็นไอออนบวกที่มีวาเลนต์: CuCl 2 + Fe = FeCl 2 + Cu

คุณสมบัติของสารประกอบเหล็ก

เฟ 2+อัตราส่วนประจุต่อรัศมีของไอออนบวกนี้ใกล้เคียงกับอัตราส่วนของ Mg 2+ ดังนั้นพฤติกรรมทางเคมีของออกไซด์ ไฮดรอกไซด์ และเกลือของเหล็กที่เป็นเหล็กจึงคล้ายคลึงกับพฤติกรรมของสารประกอบแมกนีเซียมที่เกี่ยวข้อง ใน สารละลายที่เป็นน้ำไอออนบวกของเหล็กไดวาเลนต์ก่อตัวเป็นอควาคอมเพล็กซ์ 2+ ที่เป็นสีเขียวอ่อน แคตไอออนนี้ออกซิไดซ์ได้ง่ายแม้ในสารละลายโดยตรงด้วยออกซิเจนในบรรยากาศ สารละลาย FeCl 2 มีอนุภาคเชิงซ้อน 0 ความเข้มข้นของประจุของไอออนบวกนั้นต่ำ ดังนั้นการไฮโดรไลซิสของเกลือจึงอยู่ในระดับปานกลาง

1. FeO - ออกไซด์หลักสีดำไม่ละลายในน้ำ ละลายในกรดได้ง่าย เมื่อถูกความร้อนสูงกว่า 500 0 C จะไม่สมส่วน: 4FeO = Fe + Fe 3 O 4 สามารถเตรียมได้โดยการเผาไฮดรอกไซด์ คาร์บอเนต และออกซาเลตอย่างระมัดระวัง การสลายตัวด้วยความร้อนเกลืออื่น ๆ Fe 2+ นำไปสู่การก่อตัวของเฟอร์ริกออกไซด์: FeC 2 O 4 = FeO + CO + CO 2 แต่ 2 FeSO 4 = Fe 2 O 3 + SO 2 + SO 3 4Fe(NO 3) 2 = 2Fe 2 O 3 + 8NO 2 + O 2 เหล็ก (II) ออกไซด์นั้นสามารถทำหน้าที่เป็นตัวออกซิไดซ์ได้เช่นเมื่อถูกความร้อนจะเกิดปฏิกิริยา: 3FeO + 2NH 3 = 3Fe + N 2 + 3H 2 O

2. Fe(OH) 2 – เหล็ก (II) ไฮดรอกไซด์ – เบสที่ไม่ละลายน้ำ ทำปฏิกิริยากับกรด เมื่อใช้กรดออกซิไดซ์ ปฏิกิริยาระหว่างกรด-เบสและออกซิเดชันกับเหล็กเฟอร์ริกเกิดขึ้นพร้อมกัน: 2Fe(OH) 2 + 4H 2 SO 4 (conc) = Fe 2 (SO 4) 3 + SO 2 + 4H 2 O หาได้จาก แลกเปลี่ยนปฏิกิริยาจากเกลือที่ละลายน้ำได้ นี่คือสารประกอบสีขาวที่เปลี่ยนเป็นสีเขียวในอากาศเป็นครั้งแรกเนื่องจากมีอันตรกิริยากับความชื้นในอากาศ จากนั้นจึงเปลี่ยนเป็นสีน้ำตาลเนื่องจากออกซิเดชันโดยออกซิเจนในอากาศ: 4Fe(OH) 2 + 2H 2 O + O 2 = 4Fe(OH) 3

3. เกลือ. ดังที่ได้กล่าวไปแล้ว เกลือ Fe(II) ส่วนใหญ่ออกซิไดซ์อย่างช้าๆ ในอากาศหรือในสารละลาย ความต้านทานต่อการเกิดออกซิเดชันมากที่สุดคือเกลือของ Mohr - เหล็กคู่ (II) และแอมโมเนียมซัลเฟต: (NH 4) 2 Fe(SO 4) 2 6H 2 O แคตไอออนของ Fe 2+ สามารถออกซิไดซ์เป็น Fe 3+ ได้ง่าย ดังนั้นสารออกซิไดซ์ส่วนใหญ่ โดยเฉพาะกรดออกซิไดซ์ จะออกซิไดซ์เกลือของเหล็กที่เป็นเหล็ก เมื่อเผาเหล็กซัลไฟด์และไดซัลไฟด์จะได้เหล็ก (III) ออกไซด์และซัลเฟอร์ (IV) ออกไซด์: 4FeS 2 + 11O 2 = 2Fe 2 O 3 + 8SO 2 เหล็ก (II) ซัลไฟด์ก็ละลายในกรดแก่เช่นกัน: FeS + 2HCl = FeCl 2 + 2H 2 S เหล็ก (II) คาร์บอเนตไม่ละลายน้ำ ในขณะที่ไบคาร์บอเนตละลายในน้ำ

เฟ 3+อัตราส่วนการชาร์จต่อรัศมี ไอออนบวกนี้สอดคล้องกับอะลูมิเนียมไอออนบวก , ดังนั้นคุณสมบัติของสารประกอบไอออนบวกของเหล็ก (III) จึงคล้ายคลึงกับสารประกอบอะลูมิเนียมที่เกี่ยวข้อง

Fe 2 O 3 คือออกไซด์ซึ่งเป็นแอมโฟเทอริกออกไซด์ซึ่งมีคุณสมบัติพื้นฐานเหนือกว่า ความเป็นแอมโฟเทอริซิตี้แสดงออกถึงความเป็นไปได้ที่จะเกิดการหลอมรวมกับอัลคาไลที่เป็นของแข็งและคาร์บอเนต โลหะอัลคาไล: Fe 2 O 3 + 2NaOH = H 2 O + 2NaFeO 2 - สีเหลืองหรือสีแดง Fe 2 O 3 + Na 2 CO 3 = 2NaFeO 2 + CO 2 เฟอร์เรต (II) สลายตัวด้วยน้ำปล่อย Fe 2 O 3 nH2O

Fe3O4- แมกนีไทต์ ซึ่งเป็นสารสีดำที่ถือได้ว่าเป็นออกไซด์ผสม - FeO Fe 2 O 3 หรือในรูปของเหล็ก (II) oxometaferrate (III): Fe(FeO 2) 2 เมื่อทำปฏิกิริยากับกรดจะให้ส่วนผสมของเกลือ: Fe 3 O 4 + 8HCl = FeCl 2 + 2FeCl 3 + 4H 2 O

Fe(OH) 3 หรือ FeO(OH) เป็นตะกอนเจลาตินัสสีน้ำตาลแดง ไฮดรอกไซด์แอมโฟเทอริก นอกเหนือจากการทำปฏิกิริยากับกรดแล้ว ยังทำปฏิกิริยากับสารละลายอัลคาไลเข้มข้นที่ร้อน และฟิวส์กับอัลคาไลที่เป็นของแข็งและคาร์บอเนต: Fe(OH) 3 + 3KOH = K 3

เกลือ.เกลือเฟอร์ริกส่วนใหญ่ละลายได้ เช่นเดียวกับเกลืออะลูมิเนียม พวกมันผ่านการไฮโดรไลซิสอย่างรุนแรงที่ไอออนบวก ซึ่งเมื่อมีแอนไอออนของกรดอ่อนและไม่เสถียรหรือไม่ละลายน้ำ จะกลายเป็นสิ่งที่เปลี่ยนกลับไม่ได้: 2FeCl 3 + 3Na 2 CO 3 + 3H 2 O = 2Fe(OH) 3 + 3CO 2 +6NaCl การต้มสารละลายเหล็ก (III) คลอไรด์จะทำให้ไฮโดรไลซิสไม่สามารถกลับคืนสภาพเดิมได้ เนื่องจาก ความสามารถในการละลายของไฮโดรเจนคลอไรด์ก็เหมือนกับก๊าซอื่นๆ จะลดลงเมื่อถูกความร้อน และจะออกจากทรงกลมปฏิกิริยา: FeCl 3 + 3H 2 O = Fe(OH) 3 + 3HCl (เมื่อถูกความร้อน)

ความสามารถในการออกซิไดซ์ของแคตไอออนนี้สูงมาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อสัมพันธ์กับการแปลงเป็นแคตไอออน Fe 2+: Fe 3+ + ē = Fe 2+ φ o = 0.77v ที่เกิดขึ้นใน:

ก) สารละลายของเกลือเหล็กเฟอร์ริกออกซิไดซ์โลหะทั้งหมดจนถึงทองแดง: 2Fe(NO 3) 3 + Cu = 2Fe(NO 3) 2 + Cu(NO 3) 2,

b) ปฏิกิริยาการแลกเปลี่ยนกับเกลือที่มีแอนไอออนออกซิไดซ์ได้ง่ายเกิดขึ้นพร้อมกันกับการเกิดออกซิเดชัน: 2FeCl 3 + 2KJ = FeCl 2 + J 2 + 2KCl 2FeCl 3 + 3Na 2 S = 2FeS + S + 6NaCl

เช่นเดียวกับไอออนบวกไตรวาเลนต์อื่น ๆ เหล็ก (III) สามารถสร้างสารส้ม - ซัลเฟตสองเท่าด้วยโลหะอัลคาไลหรือแอมโมเนียมไอออนบวกเช่น: NH 4 Fe (SO 4) 2 12H2O

การเชื่อมต่อที่ซับซ้อนไอออนบวกของเหล็กทั้งสองมีแนวโน้มที่จะก่อให้เกิดสารประกอบเชิงซ้อนประจุลบ โดยเฉพาะเหล็ก (III) FeCl 3 + KCl = K, FeCl 3 + Cl 2 = Cl + - ปฏิกิริยาหลังสะท้อนการกระทำของเหล็ก (III) คลอไรด์ในฐานะตัวเร่งปฏิกิริยาสำหรับอิเล็กโทรฟิลิกคลอรีน คอมเพล็กซ์ไซยาไนด์เป็นที่สนใจ: 6KCN + FeSO 4 = K 4 – โพแทสเซียมเฮกซายาโนเฟอร์เรต (II), เกลือในเลือดสีเหลือง 2K 4 + Cl 2 = 2K 3 + 2KCl – โพแทสเซียมเฮกซายาโนเฟอร์เรต (III), เกลือในเลือดแดง สารเชิงซ้อนของเหล็กที่เป็นเหล็กจะให้ตะกอนสีน้ำเงินหรือสารละลายกับเกลือเฟอร์ริก ขึ้นอยู่กับอัตราส่วนของรีเอเจนต์ ปฏิกิริยาเดียวกันนี้เกิดขึ้นระหว่างเกลือในเลือดแดงกับเกลือที่เป็นเหล็ก ในกรณีแรกตะกอนเรียกว่าปรัสเซียนบลู ในกรณีที่สอง - เทิร์นบูลบลู ต่อมาปรากฎว่าอย่างน้อยสารละลายก็มีองค์ประกอบเหมือนกัน: K – โพแทสเซียมเหล็ก (II,III) เฮกซะไซยาโนเฟอร์เรต ปฏิกิริยาที่อธิบายไว้นั้นมีคุณภาพสำหรับการมีอยู่ของไอออนบวกของเหล็กที่สอดคล้องกันในสารละลาย ปฏิกิริยาเชิงคุณภาพต่อการมีอยู่ของเฟอร์ริกไอออนบวกคือการปรากฏตัวของสีแดงเลือดเมื่อทำปฏิกิริยากับโพแทสเซียมไทโอไซยาเนต (โรโดไนด์): 2FeCl 3 + 6KCNS = 6KCl + Fe

เฟ +6. สถานะออกซิเดชัน +6 สำหรับเหล็กไม่เสถียร เป็นไปได้ที่จะได้รับเฉพาะ FeO 4 2- แอนไอออน ซึ่งมีอยู่ที่ pH>7-9 เท่านั้น แต่เป็นสารออกซิไดซ์ที่แรง

เฟ 2 O 3 + 4KOH + 3KNO 3 = 2K 2 เฟโอ 4 + 3KNO 2 + 2H 2 O

เฟ (ขี้เลื่อย) + H 2 O + KOH + KNO 3 = K 2 FeO 4 + KNO 2 + H 2

2เฟ(OH) 3 + 3Cl 2 + 10KOH = 2K 2 FeO 4 + 6KCl + 6H 2 O

เฟ 2 O 3 + KClO 3 + 4KOH = 2K 2 FeO 4 + KCl + 2H 2 O

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

4BaFeO 4 (ความร้อน) = 4BaO + 2Fe 2 O 3 + 3O 2

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

การได้รับธาตุเหล็กในอุตสาหกรรม:

A) กระบวนการโดเมน: Fe 2 O 3 + C = 2FeO + CO

เฟ2O + C = เฟ2O

เฟ2O + CO = เฟ2+CO 2

B) aluminothermy: Fe 2 O 3 + Al = Al 2 O 3 + Fe

โครเมียม – ธาตุที่มีเลขอะตอม 24 มีมวลอะตอมสัมพัทธ์ 51.996 เป็นธาตุในตระกูล 3 มิติ มีโครงสร้างทางอิเล็กทรอนิกส์เป็น 3 มิติ 5 4 วินาที 1 และอยู่ในคาบที่ 4 หมู่ที่ 6 ซึ่งเป็นกลุ่มย่อยรองในตารางธาตุ สถานะออกซิเดชันที่เป็นไปได้: +1, +2, +3, +4, +5, +6 ในจำนวนนี้เสถียรที่สุดคือ +2, +3, +6 และ +3 มีพลังงานขั้นต่ำ

ตามคุณสมบัติทางกายภาพของมัน โครเมียมเป็นโลหะแข็งสีเทาอมขาวเป็นมันเงา มีจุดหลอมเหลว 1890 o C ความแข็งแกร่งของโครงตาข่ายคริสตัลเกิดจากการมี d-อิเล็กตรอน 5 ตัวที่ไม่มีการจับคู่ซึ่งมีความสามารถในการเชื่อมโควาเลนต์บางส่วนได้

คุณสมบัติทางเคมีสารง่ายๆ

ที่ อุณหภูมิต่ำโครเมียมมีความเฉื่อยเนื่องจากมีฟิล์มออกไซด์และไม่ทำปฏิกิริยากับน้ำและอากาศ

1. ทำปฏิกิริยากับออกซิเจนที่อุณหภูมิสูงกว่า 600 o C ในกรณีนี้จะเกิดโครเมียม (III) ออกไซด์ – Cr 2 O 3 – เกิดขึ้น

2. ปฏิกิริยากับฮาโลเจนเกิดขึ้นในรูปแบบต่างๆ: Cr + 2F 2 = CrF 4 (ที่อุณหภูมิห้อง), 2Cr + 3Cl 2 (Br 2) = 2CrCl 3 (Br 3), Cr + J 2 = CrJ 2 (พร้อมการให้ความร้อนที่สำคัญ ). ควรจะกล่าวได้ว่าโครเมียม (III) ไอโอไดด์สามารถมีอยู่ได้และได้มาโดยปฏิกิริยาการแลกเปลี่ยนในรูปของผลึกไฮเดรต CrJ 3 9H 2 O แต่ความเสถียรทางความร้อนต่ำและเมื่อถูกความร้อนจะสลายตัวเป็น CrJ 2 และ J 2

3. ที่อุณหภูมิสูงกว่า 120 o C โครเมียมจะทำปฏิกิริยากับซัลเฟอร์หลอมเหลว โดยให้โครเมียม (II) ซัลไฟด์ - CrS (สีดำ)

4. ที่อุณหภูมิสูงกว่า 1,000 o C โครเมียมจะทำปฏิกิริยากับไนโตรเจนและคาร์บอน ทำให้สารประกอบเฉื่อยทางเคมีไม่มีปริมาณสัมพันธ์ ในหมู่พวกเขา เราสามารถสังเกตคาร์ไบด์ที่มีองค์ประกอบโดยประมาณของ CrC ซึ่งใกล้เคียงกับเพชรที่มีความแข็ง

5. โครเมียมไม่ทำปฏิกิริยากับไฮโดรเจน

6. ปฏิกิริยากับไอน้ำมีดังนี้ 2Cr + 3H 2 O = Cr 2 O 3 + 3H 2

7. ปฏิกิริยากับกรดที่ไม่ออกซิไดซ์เกิดขึ้นค่อนข้างง่าย ส่งผลให้เกิดคอมเพล็กซ์น้ำ 2+ ที่เป็นสีฟ้า ซึ่งเสถียรเฉพาะในกรณีที่ไม่มีอากาศหรือในบรรยากาศไฮโดรเจน เมื่อมีออกซิเจนปฏิกิริยาจะเกิดขึ้นแตกต่างกัน: 4Cr + 12HCl + 3O 2 = 4CrCl 3 + 6H 2 O. กรดเจือจางที่อิ่มตัวด้วยออกซิเจนแม้จะผ่านโครเมียมเนื่องจากการก่อตัวของฟิล์มออกไซด์ที่แข็งแกร่งบนพื้นผิว

8. กรดออกซิไดซ์: กรดไนตริกที่มีความเข้มข้นใด ๆกรดซัลฟิวริกเข้มข้นและกรดเปอร์คลอริกจะผ่านโครเมียม ดังนั้นหลังจากบำบัดพื้นผิวด้วยกรดเหล่านี้แล้ว จะไม่ทำปฏิกิริยากับกรดอื่นอีกต่อไป ทู่จะถูกลบออกเมื่อถูกความร้อน สิ่งนี้จะผลิตเกลือโครเมียม (III) และซัลเฟอร์หรือไนโตรเจนไดออกไซด์ (คลอไรด์จากกรดเปอร์คลอริก) ทู่เนื่องจากการก่อตัวของฟิล์มเกลือเกิดขึ้นเมื่อโครเมียมทำปฏิกิริยากับกรดฟอสฟอริก

9. โครเมียมไม่ทำปฏิกิริยาโดยตรงกับอัลคาไล แต่ทำปฏิกิริยากับอัลคาไลน์ละลายด้วยการเติมสารออกซิไดซ์: 2Cr + 2Na 2 CO 3 (l) + 3O 2 = 2Na 2 CrO 4 + 2CO 2

10. โครเมียมสามารถทำปฏิกิริยากับสารละลายเกลือ โดยแทนที่โลหะที่มีฤทธิ์น้อย (ที่อยู่ทางด้านขวาของอนุกรมแรงดันไฟฟ้า) ออกจากองค์ประกอบของเกลือ โครเมียมเองจะถูกแปลงเป็นแคตไอออน Cr 2+

สิ่งประดิษฐ์นี้เกี่ยวข้องกับอุตสาหกรรมเคมี โดยเฉพาะโรงงานผลิตอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์และไฮโดรเจน การติดตั้งประกอบด้วยอุปกรณ์สำหรับผสมผงอะลูมิเนียมละเอียดและน้ำ เครื่องปฏิกรณ์สำหรับปฏิกิริยาทางเคมีของน้ำกับอะลูมิเนียม พร้อมด้วยการปล่อยก๊าซผสมที่มีไฮโดรเจนและการก่อตัวของผลิตภัณฑ์ออกซิเดชันของอะลูมิเนียมตลอดจนอุปกรณ์สำหรับการกำจัด ส่วนผสมของก๊าซที่ประกอบด้วยไฮโดรเจนและผลิตภัณฑ์ออกซิเดชันของอะลูมิเนียม เครื่องปฏิกรณ์สำหรับปฏิกิริยาทางเคมีของน้ำกับอลูมิเนียมติดตั้งอุปกรณ์ผสมและอุปกรณ์สำหรับการฉายรังสีอัลตราโซนิคของสารแขวนลอยที่อยู่ภายในเครื่องปฏิกรณ์ การประดิษฐ์นี้ช่วยเพิ่มผลผลิตของกระบวนการ ป่วย 1 ราย

ภาพวาดสำหรับสิทธิบัตร RF 2350563

สิ่งประดิษฐ์นี้เกี่ยวข้องกับอุตสาหกรรมเคมี โดยเฉพาะอย่างยิ่งกับอุปกรณ์สำหรับผลิตไฮโดรเจนและอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ในสารละลายอัลคาไลอ่อนจากโลหะอะลูมิเนียมโดยการเกิดออกซิเดชันในสภาพแวดล้อมของสนามอัลตราโซนิก

อะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ถูกนำมาใช้ในอุตสาหกรรมต่างๆ เช่น ตัวดูดซับ ตัวเร่งปฏิกิริยา ฯลฯ อะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ที่มีความบริสุทธิ์สูงใช้ในอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์และออพติคอลในรูปแบบผงละเอียด - เป็นผงขัด โดยเฉพาะสำหรับฮาร์ดดิสก์ไดรฟ์หรือหัวแม่เหล็ก และยังได้รับวัตถุดิบตั้งต้นสำหรับเซรามิกสมรรถนะสูง ทับทิมสังเคราะห์ และแซฟไฟร์สำหรับอุตสาหกรรมออพติกและอิเล็กทรอนิกส์ เพื่อปรับปรุงลักษณะความแข็งแรงของคอนกรีตในการก่อสร้างที่สำคัญ

การประดิษฐ์นี้เกี่ยวข้องโดยเฉพาะกับวิธีการผลิตอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ในรูปแบบโบเอไมต์ วิธีการนี้ทำให้สามารถผลิตไฮโดรเจนได้ ซึ่งสามารถนำไปใช้สำหรับการผลิตทางเคมี โลหะวิทยา และการจัดหาพลังงานอัตโนมัติโดยใช้ไฮโดรเจน

วิธีการหลักในการผลิตอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ทางอุตสาหกรรมคือกระบวนการของไบเออร์และการอบแห้งและการเผาที่ตามมาจะนำไปสู่การผลิตอะลูมิเนียมออกไซด์ (Chemical Encyclopedia, ed. "Soviet Encyclopedia", M., 1988, vol. 1, pp. 213-214)

อย่างไรก็ตาม วิธีทั่วไปในการผลิตอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ไม่ได้ให้ความบริสุทธิ์สูงแก่ผลิตภัณฑ์

มีวิธีการผลิตอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ที่ทราบกันดีในรูปของผงละเอียดซึ่งประกอบด้วยการผสมสารประกอบอะลูมิเนียม - สารตั้งต้น - อะลูมิเนียมและสารประกอบอย่างน้อยหนึ่งชนิดที่ใช้เป็นวัสดุเมล็ดสำหรับผลึกอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ตามด้วยการเผาใน บรรยากาศที่มีไฮโดรเจนคลอไรด์ (EP No. 1262457, C01F 7/02, เผยแพร่เมื่อ 12/04/2002)

อย่างไรก็ตาม วิธีการนี้ไม่ได้ให้วัสดุที่มีความบริสุทธิ์และโครงสร้างที่ต้องการ นอกจากนี้วิธีการรับไฮดรอกไซด์ในรูปของเจลนั้นไม่สะดวกเนื่องจากการแยกตัวของมันนั้นสัมพันธ์กับปัญหาในระหว่างการกรองและนอกจากนี้ขั้นตอนการบดหรือการอัดขึ้นรูปก็เป็นสิ่งจำเป็นเพื่อให้ได้ผงละเอียด

ดูเหมือนว่าจะสะดวกกว่าในการรับอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์โดยการทำปฏิกิริยาโลหะอะลูมิเนียมกับน้ำ อย่างไรก็ตาม เนื่องจากการก่อตัวของฟิล์มออกไซด์บนพื้นผิวอะลูมิเนียม กิจกรรมของมันจะลดลงอย่างรวดเร็ว เพื่อป้องกันปรากฏการณ์นี้จึงมีการใช้สารเติมแต่งหลายชนิด

ดังนั้นจึงมีวิธีการผลิตไฮโดรเจนที่ทราบกันดีอยู่แล้ว ซึ่งเกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาของโลหะ รวมถึงอะลูมิเนียม กับน้ำ (US No. 3348919, 423-657, เผยแพร่ 10.24.1967, US No. 3985866, 423-657, เผยแพร่ 10.12.1976 ). อย่างไรก็ตาม ในวิธีการเหล่านี้ นอกจากอะลูมิเนียมแล้ว ยังมีการใช้โลหะอื่นๆ เช่น อัลคาไล โลหะอัลคาไลน์เอิร์ธ หรือโลหะผสม (EP No. 248960, CO1B 3/086, publ. 12/16/1987)

ในวิธีการอื่นๆ (US No. 2958582, 423-627, เผยแพร่ 10/01/1958, US No. 2958583, 423-627, เผยแพร่ 10/01/1958) สำหรับการผลิตอะลูมิเนียมและไฮโดรเจนไฮดรอกไซด์ จำเป็นต้องใช้สารเพิ่มเติม ที่เอื้อต่อปฏิกิริยาระหว่างรีเอเจนต์ เช่น ปริมาณเอมีนอินทรีย์ที่เป็นปริมาณตัวเร่งปฏิกิริยา การแนะนำสารเหล่านี้ไม่ได้ทำให้สามารถรับอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์บริสุทธิ์ได้ กระบวนการปฏิสัมพันธ์ระหว่างอะลูมิเนียมหรือสารประกอบกับไฮโดรเจนนั้นดำเนินการในการติดตั้งที่มีเครื่องปฏิกรณ์พร้อมเครื่องกวน ซึ่งมีการใส่รีเอเจนต์เริ่มต้นเข้าไป การติดตั้งประกอบด้วยตัวแลกเปลี่ยนความร้อน ตัวแยก และตัวกรองสำหรับแยกอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ที่แขวนลอยด้วยน้ำ

มีวิธีการที่ทราบกันดีอยู่แล้ว (US No. 2758011, 423-627, publ. 08/07/1956) สำหรับการผลิตอะลูมิเนียมออกไซด์ในรูปของโบห์ไมต์ (-AlOOH) ซึ่งประกอบด้วยปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นในหม้อนึ่งความดัน โดยให้น้ำ และอลูมิเนียมที่มีลักษณะเป็นอนุภาคละเอียด จากนั้นให้ความร้อนส่วนผสมที่อุณหภูมิ 482-705°F (250-374°C) หลังจากนั้นการกวนจะเริ่มที่อุณหภูมิเดียวกันภายใต้แรงดันที่เพียงพอเพื่อรักษาน้ำให้อยู่ในสถานะของเหลว กระบวนการนี้ดำเนินการในระยะเวลาที่เพียงพอสำหรับปฏิกิริยาระหว่างอะลูมิเนียมทั้งหมด ในตัวอย่างที่ให้ไว้นี้คือเวลาประมาณ 4 ชั่วโมง หลังจากที่อะลูมิเนียมทั้งหมดทำปฏิกิริยาแล้ว การกวนจะหยุดลง หม้อนึ่งความดันที่มีส่วนผสมของปฏิกิริยาจะถูกทำให้เย็นลง และอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ที่เป็นผลลัพธ์จะถูกแยกออกจากกัน การติดตั้งเพื่อดำเนินการตามวิธีการนี้ประกอบด้วยเครื่องปฏิกรณ์พร้อมเครื่องกวน รูสำหรับเติมน้ำและอะลูมิเนียมที่เป็นผง ถังตกตะกอน และคอนเดนเซอร์สำหรับรับก๊าซไอน้ำ ดำเนินการวิธีนี้ใน ระดับอุตสาหกรรมไม่ก้าวหน้าทางเทคโนโลยีเนื่องจากโหมดเป็นระยะ วิธีนี้ไม่อนุญาตให้เปลี่ยนรูปแบบของผลิตภัณฑ์ที่ได้ - อะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์

มีวิธีการผลิตไฮโดรเจนที่รู้จักกันดีซึ่งประกอบด้วยการทำปฏิกิริยากับสารที่มีโลหะกับน้ำ สารที่ประกอบด้วยโลหะจะถูกเคลือบด้วยฟิล์มโพลีเมอร์ที่ละลายน้ำได้ก่อนถูกป้อนเข้าไปในเครื่องปฏิกรณ์ ปฏิสัมพันธ์จะดำเนินการในตัวกลางที่เป็นน้ำซึ่งพารามิเตอร์นั้นสอดคล้องกับพารามิเตอร์ของสถานะวิกฤตยิ่งยวดซึ่งทำให้สามารถดำเนินการกระบวนการเผาไหม้แบบชั้นต่อชั้นของสารที่ประกอบด้วยโลหะด้วยการปล่อยไฮโดรเจน ( RU หมายเลข 2165388, С01В 3/10, เผยแพร่ 07/04/2000)

อลูมิเนียมผงสามารถใช้เป็นสารที่มีโลหะได้ และสารละลายโพลีเอทิลีนออกไซด์ในไดออกเซนหรือเมทิลแอลกอฮอล์สามารถใช้เป็นฟิล์มโพลีเมอร์ที่ละลายน้ำได้ ความดันของสภาวะวิกฤตยิ่งยวดของสภาพแวดล้อมทางน้ำมากกว่า 22.12 MPa และอุณหภูมิมากกว่า 647.3 K (374°C) วิธีนี้ทำให้สามารถรับส่วนผสมไฮโดรเจนขององค์ประกอบต่อไปนี้: ไฮโดรเจน 96.1 vol.%, คาร์บอนมอนอกไซด์ 3.9 vol.%; และสร้างวัตถุดิบตั้งต้นใหม่ อย่างไรก็ตาม รูปแบบของอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ที่ได้จากวิธีนี้ไม่ใช่โบเอไมต์

เป็นที่ทราบกันว่ากระบวนการที่ได้รับการปรับปรุงสำหรับการผลิตอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ที่มีความบริสุทธิ์สูงในรูปของไฮดราจิลไลต์ ซึ่งรวมถึงขั้นตอนต่างๆ: (a) การนำอะลูมิเนียมที่เป็นของแข็งและไม่ใช่ผงมาใส่ใน น้ำร้อนประมาณ 70°C เพื่อได้รับของผสมปฏิกิริยา; (b) กวนส่วนผสมนี้เป็นเวลาประมาณ 20 นาที (c) ใส่สารที่ก่อรูปเป็นด่างที่เป็นของแข็ง โดยเฉพาะอย่างยิ่งโซเดียมไฮดรอกไซด์ เข้าไปในส่วนผสมและให้ความร้อนจนถึงจุดเดือด (d) ลดอุณหภูมิลงเหลือ 75-80°C และกวนเป็นเวลา 60 นาที (ฉ) การลดอุณหภูมิให้เหลืออุณหภูมิห้อง และ (f) กรองส่วนผสมเพื่อให้ได้อะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ที่มีความบริสุทธิ์สูง วิธีนี้ใช้สารเพิ่มเติม - โซเดียมไฮดรอกไซด์ซึ่งก่อให้เกิดสิ่งสกปรก (หมายเลขสหรัฐอเมริกา 5435986, C01F 7/02, publ. 07/25/1995)

มีวิธีการผลิตไฮดรอกไซด์หรือออกไซด์ของอะลูมิเนียมและไฮโดรเจนจากอะลูมิเนียมและน้ำกลั่นที่เป็นที่รู้จัก โดยมีลักษณะเฉพาะคือผงอะลูมิเนียมแขวนลอยในน้ำเตรียมจากอะลูมิเนียมที่กระจายตัวละเอียดโดยมีขนาดอนุภาคไม่เกิน 20 ไมครอนในน้ำที่ อัตราส่วน Al:H 2 O = 1:4-16 wt.h. . ซึ่งถูกป้อนเข้าเครื่องปฏิกรณ์แรงดันสูงอย่างต่อเนื่องโดยพ่นสารแขวนลอยอะลูมิเนียมผงด้วยเส้นผ่านศูนย์กลางหยดหยดไม่เกิน 100 ไมครอนลงในน้ำ ที่อุณหภูมิ 220-900°C และความดัน 20-40 MPa โดยมีอัตราส่วนสารแขวนลอยต่อน้ำ 1:50-100 wt.h. หลังจากออกจากเครื่องปฏิกรณ์แรงดันสูงแล้ว ก๊าซไอน้ำจะถูกจ่ายให้กับ คอนเดนเซอร์และไฮโดรเจนจะถูกลบออก และอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์หรืออะลูมิเนียมออกไซด์จะถูกส่งไปยังถังตกตะกอนสำหรับระบบกันสะเทือน ในกรณีนี้ จะได้อะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ในรูปแบบโบห์ไมต์ที่อุณหภูมิ 250-350°C ความดัน 32-35 MPa โดยมีอัตราส่วน Al:H 2 O = 1:8-12 ส่วนโดยน้ำหนัก (หมายเลข RU 2223221, C01F 7/42, C01B 3/10, เผยแพร่เมื่อ 10/02/2547)

จากแหล่งเดียวกัน ทราบการติดตั้งสำหรับการใช้วิธีการนี้ รวมถึงเครื่องผสม เครื่องปฏิกรณ์ ถังตกตะกอนสำหรับสารแขวนลอย และคอนเดนเซอร์ ในกรณีนี้ เครื่องปฏิกรณ์เป็นอุปกรณ์ที่ทำงานภายใต้ ความดันสูงพร้อมหัวฉีดที่ช่วยให้มั่นใจได้ว่าจะพ่นสารแขวนลอยผงอะลูมิเนียมในน้ำให้มีเส้นผ่านศูนย์กลางหยดไม่เกิน 100 ไมครอน หากต้องการนำวิธีนี้ไปใช้ ขั้นแรกให้เตรียมสารแขวนลอยอะลูมิเนียมที่เป็นผง (ขนาดอนุภาคสูงถึง 20 ไมครอน หรือไม่เกิน 5 ไมครอน) ในน้ำในอัตราส่วน Al:H 2 O = 1:4-16 ส่วนโดยน้ำหนัก การกระจายตัวนี้จะถูกป้อนเข้าไปในเครื่องปฏิกรณ์ โดยฉีดพ่นในน้ำภายใต้แรงดัน 20-40 MPa ที่อุณหภูมิ 220-900°C จำเป็นต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่ามีการทำให้เป็นละอองละเอียดของสารแขวนลอย - ขนาดหยดไม่ควรเกิน 100 ไมครอน ในขณะที่อัตราส่วนของสารแขวนลอยต่อน้ำอยู่ที่ 1:50-100 ส่วนโดยน้ำหนัก โดยมีการกำจัดไฮโดรเจนและอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์อย่างต่อเนื่อง

โซลูชันที่ทราบนี้ถูกนำมาใช้เป็นแบบอย่าง

จากการวิเคราะห์สิ่งพิมพ์ในประเทศและต่างประเทศพบว่าวิธีการที่ทราบในปัจจุบันไม่รับประกันการเกิดออกซิเดชันของอลูมิเนียมด้วยน้ำอย่างสมบูรณ์และให้ผลผลิตต่ำ นอกจากนี้ วิธีการเหล่านี้ส่วนใหญ่ใช้ผงอะลูมิเนียมละเอียดพิเศษราคาแพงและอะลูมิเนียมผสมกัมมันต์ การใช้วิธีหลังเพื่อผลิตไฮโดรเจนนั้นไม่มีท่าว่าจะดี เนื่องจากเป็นวิธีการที่ใช้พลังงานและให้ผลผลิตต่ำ

สิ่งประดิษฐ์ปัจจุบันมีจุดมุ่งหมายเพื่อแก้ไขปัญหาทางเทคนิคในการสร้างการติดตั้งสำหรับกระบวนการต่อเนื่องที่ช่วยให้สามารถผลิตไฮโดรเจนและอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์พร้อมกันด้วยความบริสุทธิ์สูงของผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายโดยใช้พลังงานน้อยที่สุด

ผลลัพธ์ทางเทคนิคที่บรรลุในกรณีนี้คือการเพิ่มประสิทธิภาพการดำเนินงานและความสามารถในการผลิตโดยรับประกันการผลิตผลิตภัณฑ์ออกซิเดชันของไฮโดรเจนและอะลูมิเนียมบริสุทธิ์ ขณะเดียวกันก็รักษาอุณหภูมิที่ปลอดภัยของส่วนผสมในกระบวนการ และกำจัดการก่อตัวของส่วนผสมที่ระเบิดได้ของไฮโดรเจนและออกซิเจน

ผลลัพธ์ทางเทคนิคที่ระบุบรรลุผลได้ในการติดตั้งเพื่อผลิตอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์และไฮโดรเจน รวมถึงอุปกรณ์สำหรับผสมผงอะลูมิเนียมละเอียดและน้ำ เครื่องปฏิกรณ์สำหรับปฏิกิริยาทางเคมีของน้ำกับอะลูมิเนียม พร้อมด้วยการปล่อยก๊าซที่มีไฮโดรเจน ส่วนผสมและการก่อตัวของผลิตภัณฑ์ออกซิเดชันของอะลูมิเนียม เช่นเดียวกับอุปกรณ์สำหรับการกำจัดส่วนผสมของก๊าซที่ประกอบด้วยไฮโดรเจนและผลิตภัณฑ์ออกซิเดชันของอะลูมิเนียม เครื่องปฏิกรณ์สำหรับปฏิกิริยาทางเคมีของน้ำกับอลูมิเนียมติดตั้งอุปกรณ์ผสมและอุปกรณ์สำหรับการฉายรังสีอัลตราโซนิกของ ระบบกันสะเทือนที่อยู่ภายในเครื่องปฏิกรณ์

คุณสมบัติเหล่านี้มีความสำคัญและเชื่อมโยงถึงกันเพื่อสร้างชุดคุณสมบัติที่จำเป็นที่มีความเสถียรเพียงพอที่จะได้รับผลลัพธ์ทางเทคนิคที่ระบุ

มีการอธิบายสิ่งประดิษฐ์ในปัจจุบัน ตัวอย่างที่เป็นรูปธรรมอย่างไรก็ตาม ซึ่งไม่ใช่เพียงอย่างเดียวที่เป็นไปได้ แต่แสดงให้เห็นอย่างชัดเจนถึงความเป็นไปได้ในการบรรลุผลทางเทคนิคที่ต้องการโดยชุดคุณลักษณะที่กำหนด

ภาพวาดแสดงโครงร่างทางเทคโนโลยีสำหรับการผลิตอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์และการผลิตไฮโดรเจน

ภายในกรอบของการประดิษฐ์ปัจจุบัน โครงการทางเทคโนโลยีสำหรับการผลิตอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ในเครื่องปฏิกรณ์โดยการกระตุ้นอัลตราโซนิกของผงโลหะอะลูมิเนียมในสารละลายอัลคาไลอ่อนใน โหมดต่อเนื่องแสดงไว้ในภาพวาดสำหรับวิธีการต่อเนื่องในการผลิตไฮโดรเจนและอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ที่กระจายตัวในระดับนาโนในเครื่องปฏิกรณ์โดยการกระตุ้นอัลตราโซนิกของผงโลหะอะลูมิเนียมในสารละลายอัลคาไลอ่อน

การติดตั้งเพื่อผลิตอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์และไฮโดรเจนประกอบด้วยอุปกรณ์สำหรับผสมผงอะลูมิเนียมละเอียดกับน้ำตามสัดส่วนที่กำหนด จากนั้นส่วนผสมที่ระบุจะถูกป้อนเข้าเครื่องปฏิกรณ์เพื่อทำปฏิกิริยาเคมีของน้ำกับอะลูมิเนียม พร้อมด้วยการปล่อยไฮโดรเจนและ การก่อตัวของผลิตภัณฑ์ออกซิเดชันของอะลูมิเนียม เครื่องปฏิกรณ์สำหรับปฏิกิริยาเคมีของน้ำกับอลูมิเนียมทำขึ้น ความดันต่ำด้วยฟังก์ชั่นการผสมโดยการหมุนสารแขวนลอยภายในเครื่องปฏิกรณ์และติดตั้งอุปกรณ์สำหรับการฉายรังสีอัลตราโซนิกของสารแขวนลอยภายในเครื่องปฏิกรณ์ขณะผสมด้วยการหมุน อุปกรณ์สำหรับกำจัดส่วนผสมของก๊าซที่ประกอบด้วยไฮโดรเจนและผลิตภัณฑ์ออกซิเดชันของอะลูมิเนียมจะสร้างกระแสการขนส่งสำหรับผลิตภัณฑ์สำเร็จรูปที่ได้รับในเครื่องปฏิกรณ์

การติดตั้งสำหรับการผลิตอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์และไฮโดรเจนประกอบด้วยแพลตฟอร์มขนาด 1, เครื่องปฏิกรณ์ตัวทำละลาย 2, เครื่องปฏิกรณ์ 3, คอนเดนเซอร์ 4, คอลัมน์การทำให้แห้ง 5, ถังตกตะกอน 6, ตัวกรอง 7 (หรือเครื่องหมุนเหวี่ยง), เตาไฟฟ้า 8 ( เครื่องอบแห้ง) และโรงสีลูกบอล 9 เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน 10 เครื่องปฏิกรณ์ 3 ติดตั้งเซ็นเซอร์ความดัน เซ็นเซอร์อุณหภูมิของสารละลายในเครื่องปฏิกรณ์ เซ็นเซอร์สำหรับการมีอยู่ของโลหะในสารละลายในเครื่องปฏิกรณ์และอุปกรณ์ผสม

สารละลายอิเล็กโทรไลต์ที่มีความเข้มข้นที่กำหนดจะถูกเตรียมในเครื่องปฏิกรณ์ตัวทำละลาย 2 โดยการละลายปริมาณของของแข็งอัลคาไลที่วัดโดยแท่นชั่ง 1 ในน้ำปราศจากไอออน สารละลายที่เตรียมไว้จะถูกป้อนเข้าไปในเครื่องปฏิกรณ์ ในเวลาเดียวกันน้ำแขวนลอยอะลูมิเนียมจะถูกป้อนเข้าไปในเครื่องปฏิกรณ์ผ่านปั๊มจ่าย ส่วนผสมซึ่งอยู่ภายใต้การฉายรังสีอัลตราโซนิกเพื่อฉีกฟิล์มออกไซด์ออกจากพื้นผิวของอนุภาคอลูมิเนียม และ เริ่มออกซิเดชันในเครื่องปฏิกรณ์ 3 ด้วยการกวน และอุณหภูมิอิเล็กโทรไลต์ภายในเครื่องปฏิกรณ์นี้คือ 65-70° C ผลิตภัณฑ์ที่เกิดขึ้นจากปฏิกิริยาทางเคมี คืออะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ที่กระจายตัวในระดับนาโน จะถูกล้างออกจากอิเล็กโทรไลต์บนตัวกรอง 7 สารกรองแรกจะถูกส่งกลับไปยังเครื่องปฏิกรณ์ตัวทำละลาย 2 เพื่อเตรียมสารละลายอิเล็กโทรไลต์ส่วนใหม่ เพื่อลดภาระบนตัวกรอง ตะกอนที่จับตัวเป็นก้อนได้ง่ายจะถูกแยกออกจากของเหลวเหนือตะกอนในถังตกตะกอน-บ่อตกตะกอน 6 ของเหลวเหนือตะกอนถูกใช้เพื่อเตรียมสารละลายอิเล็กโทรไลต์ในเครื่องปฏิกรณ์ 2 แทนที่จะใช้ตัวกรอง 7 บางครั้งแนะนำให้ใช้ แทนที่จะใช้ตัวกรอง 7 ในบางครั้ง เพื่อใช้เครื่องหมุนเหวี่ยง การอบแห้งและการเผาผลิตภัณฑ์ที่จำเป็นจะดำเนินการในเตาอบไฟฟ้า 8 หากเป็นผลมาจากการรักษาความร้อนผลิตภัณฑ์สูญเสียความสามารถในการไหลให้นำไปบดในโรงสีลูก 9. สามารถเปลี่ยนอุปกรณ์ 7, 8 และ 9 ได้ ด้วยเครื่องพ่นสเปรย์

ไฮโดรเจนที่ปล่อยออกมาจะไหลผ่านคอนเดนเซอร์ 4 เพื่อกำจัดไอน้ำ ซึ่งเป็นคอลัมน์ที่ทำให้แห้ง 5 และถูกส่งไปยังถังรวบรวม คอนเดนเสทไอน้ำจะถูกส่งกลับไปยังเครื่องปฏิกรณ์ 3. เพื่อให้ความร้อนแก่น้ำที่เติมลงในเครื่องปฏิกรณ์ จะมีการจัดเตรียมตัวแลกเปลี่ยนความร้อน 10 ไว้ในวงจร

เมื่อจัดการการผลิตอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์อย่างต่อเนื่อง จำเป็นต้องจ่ายน้ำเข้าไปในแจ็คเก็ตของเครื่องปฏิกรณ์ตัวทำละลายเพื่อให้ความร้อนแก่อิเล็กโทรไลต์จนถึงอุณหภูมิที่ต้องการ เพื่อจุดประสงค์นี้ ความร้อนที่ได้รับคืนในแจ็คเก็ตเครื่องปฏิกรณ์ 3 ถูกนำมาใช้

แผนฮาร์ดแวร์และเทคโนโลยีที่พัฒนาขึ้นสำหรับการผลิตอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์สามารถติดตั้งได้อย่างง่ายดายบนพื้นฐานของโรงงานผลิตเคมีไฟฟ้าที่มีอยู่ เทคโนโลยีในการผลิตไฮโดรเจนและอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์คือ สารแขวนลอยของอะลูมิเนียมที่เป็นผงในน้ำนั้นเตรียมจากอะลูมิเนียมที่กระจายตัวอย่างประณีต โดยมีขนาดอนุภาคไม่เกิน 20 ไมครอน ซึ่งจะถูกป้อนเข้าสู่เครื่องปฏิกรณ์อย่างต่อเนื่องผ่านหน่วยการฉายรังสีอัลตราโซนิก จากส่วนบนของเครื่องปฏิกรณ์ ผลลัพธ์ที่ได้จะถูกส่งไปยังคอนเดนเซอร์ ซึ่งไอน้ำจะควบแน่น และไฮโดรเจนจะถูกส่งไปยังชั้นวางหรือผู้บริโภคผ่านระบบอบแห้ง อะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์จะถูกเอาออกจากด้านล่างของเครื่องปฏิกรณ์ไปในถังตกตะกอน เทคโนโลยีการผลิตไฮโดรเจนและอลูมิเนียมไฮดรอกไซด์อัลตราไฟน์นั้นมีพื้นฐานมาจาก ปฏิกิริยาเคมีนำเสนอตามแผนภาพ

ข้อดี.

1. ความเรียบง่าย ความน่าเชื่อถือ และความกะทัดรัดของการออกแบบเมื่อเปรียบเทียบกับระบบอะนาล็อก

2. การใช้พลังงานต่ำต่อ 1 m 3 N และ 2 กก. ALOOH: อัลตราซาวนด์ - 500 Wh, ปั๊ม - 500 Wh

ความแปลกใหม่ของวิธีการนี้อยู่ที่ความจริงที่ว่าด้วยการควบคุมอย่างต่อเนื่องของสารแขวนลอยที่เป็นน้ำของผงอลูมิเนียม การกระตุ้นด้วยคลื่นอัลตราโซนิกจะเกิดขึ้น โดยที่ปฏิกิริยาทางเคมีของน้ำกับอลูมิเนียมเกิดขึ้นพร้อมกับการปล่อยไฮโดรเจนและการก่อตัวของออกซิเดชันของอลูมิเนียม ผลิตภัณฑ์ (ไฮดรอกไซด์) โดยทั่วไป การใช้ปัจจัยที่มีอิทธิพลร่วมกันในวิธีการที่พัฒนาขึ้นทำให้มั่นใจได้ถึงการผลิตไฮโดรเจนบริสุทธิ์ ผลิตภัณฑ์ออกซิเดชันของอะลูมิเนียม รักษาอุณหภูมิที่ปลอดภัยของส่วนผสมในกระบวนการ และกำจัดการก่อตัวของส่วนผสมที่ระเบิดได้ของไฮโดรเจนและออกซิเจน

การเปิดใช้งานอลูมิเนียมจะดำเนินการโดยใช้เทคโนโลยีการบำบัดผงอลูมิเนียมที่ผลิตทางอุตสาหกรรมล่วงหน้าด้วยอัลตราซาวนด์

จากผลการคำนวณทางทฤษฎีและการศึกษาทดลองพบว่าเมื่อเผาอะลูมิเนียม 1 กิโลกรัมในตัวกลางที่เป็นน้ำพร้อมกับพลังงานความร้อน (17.1 MJ) จำนวนมากไฮโดรเจนที่มีความบริสุทธิ์สูง (1.165 นาโนเมตร 3) และอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์นาโนคริสตัลไลน์มากกว่า 2 กิโลกรัมเกิดขึ้น มูลค่าตลาดอยู่ที่ 50-400 ดอลลาร์ต่อกิโลกรัม

ทำให้สามารถใช้กระบวนการนี้เพื่อผลิตไฮโดรเจนในอุปกรณ์สร้างก๊าซอัตโนมัติ ประสิทธิภาพสูง และประหยัดพลังงาน รวมถึงหน่วยเชื่อมก๊าซขนาดเล็กและอัตโนมัติ

เมื่อการเผาไหม้ไฮโดรเจนที่เกิดขึ้นในระบบความร้อนและระบบขับเคลื่อนภายหลัง พลังงานที่ได้ (30.57 MJ/kg) จะเกินต้นทุนในการสร้างเชื้อเพลิงเริ่มแรกจากอะลูมิเนียมออกไซด์ (26.3 MJ/kg) การผลิตพลังงานได้รับการรับรองโดยการสร้างส่วนประกอบเริ่มต้นใหม่ทั้งหมด (อะลูมิเนียมและน้ำ) โดยไม่ปล่อยส่วนประกอบที่เป็นพิษออกสู่ชั้นบรรยากาศ

ต้นทุนพลังงานเฉพาะ 1 MJ เมื่อเผาอลูมิเนียมด้วยการสร้างใหม่ในภายหลังโดยอิเล็กโทรไลซิสของอะลูมิเนียมออกไซด์นั้นต่ำกว่าอย่างมีนัยสำคัญเมื่อเปรียบเทียบกับการเผาไหม้ของน้ำมันเบนซินและพลังงานไฟฟ้าพลังน้ำ

ความสมดุลของพลังงานของวงจรการเผาไหม้และการฟื้นฟูทำให้ได้รับพลังงานประมาณ 16% เนื่องจากการเผาไหม้ภายหลังของไฮโดรเจนที่ปล่อยออกมาลงในน้ำที่มีออกซิเจนในบรรยากาศ ดังนั้น ด้วยการสร้างรีเอเจนต์เริ่มต้นใหม่อย่างสมบูรณ์ (อะลูมิเนียมและน้ำ) จึงเป็นไปได้ที่จะให้พลังงานความร้อนโดยอัตโนมัติโดยมีต้นทุน 1 MJ - 0.0015 ดอลลาร์ ซึ่งให้ผลกำไรในเชิงเศรษฐกิจมากกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับการเผาไหม้เชื้อเพลิงไฮโดรคาร์บอน (0.007 ดอลลาร์)

เทคโนโลยีพลังงานอลูมิเนียมสามารถนำไปใช้ในอุปกรณ์พลังงานต่างๆ ได้ เช่นเดียวกับการผลิตไฮโดรเจนและโดยเฉพาะอย่างยิ่งอะลูมิเนียมออกไซด์ที่มีการกระจายตัวสูงบริสุทธิ์ ซึ่งมูลค่าตลาดต่อ 1 กิโลกรัมอยู่ที่ 150 ถึง 400 ดอลลาร์ ในขณะที่ต้นทุนของอลูมิเนียมดั้งเดิมคือ 1.5-2 $ ต่อ 1 กก.

ดังนั้น สิ่งประดิษฐ์ที่เสนอนี้ช่วยให้สามารถผลิตอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ของโครงสร้างที่กำหนดและไฮโดรเจนร่วมกันได้เมื่อดำเนินการวิธีการในโหมดต่อเนื่อง โดยมีการเตรียมสารแขวนลอยอะลูมิเนียมที่เป็นผงเบื้องต้นในน้ำ วิธีการที่ได้นั้นมีลักษณะเฉพาะคือปราศจากของเสีย สามารถผลิตได้ และมีผลผลิตสูง รวมถึงความปลอดภัยต่อสิ่งแวดล้อม

เรียกร้อง

การติดตั้งเพื่อผลิตอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์และไฮโดรเจน รวมถึงอุปกรณ์สำหรับผสมผงอะลูมิเนียมละเอียดกับน้ำ เครื่องปฏิกรณ์สำหรับปฏิกิริยาเคมีของน้ำกับอะลูมิเนียม พร้อมด้วยการปล่อยก๊าซผสมที่มีไฮโดรเจน และการเกิดผลิตภัณฑ์ออกซิเดชันของอะลูมิเนียม เช่น เช่นเดียวกับอุปกรณ์สำหรับกำจัดส่วนผสมของก๊าซที่ประกอบด้วยไฮโดรเจนและผลิตภัณฑ์ออกซิเดชันของอะลูมิเนียม โดยมีลักษณะเฉพาะคือเครื่องปฏิกรณ์สำหรับปฏิกิริยาทางเคมีของน้ำกับอะลูมิเนียมนั้นติดตั้งอุปกรณ์ผสมและอุปกรณ์สำหรับการฉายรังสีอัลตราโซนิกของสารแขวนลอยที่อยู่ภายในเครื่องปฏิกรณ์

“ไฮโดรเจนถูกสร้างขึ้นเมื่อจำเป็นเท่านั้น ดังนั้นคุณจึงสามารถผลิตได้มากเท่าที่คุณต้องการเท่านั้น” วูดอลอธิบายในการประชุมสัมมนาของมหาวิทยาลัยโดยบรรยายรายละเอียดของการค้นพบนี้ เทคโนโลยีนี้สามารถใช้ร่วมกับเครื่องยนต์สันดาปภายในขนาดเล็กได้ เป็นต้น แอพพลิเคชั่นต่างๆ– เครื่องกำเนิดไฟฟ้าฉุกเฉินแบบพกพา เครื่องตัดหญ้า และเลื่อย ตามทฤษฎีแล้วยังสามารถใช้ได้กับ รถยนต์นั่งส่วนบุคคลและรถบรรทุก

ไฮโดรเจนจะถูกปล่อยออกมาตามธรรมชาติเมื่อเติมน้ำลงในเม็ดบีด ซึ่งทำจากโลหะผสมของอะลูมิเนียมและแกลเลียม “ในกรณีนี้ อลูมิเนียมในคาร์ไบด์จะทำปฏิกิริยากับน้ำ โดยดึงออกซิเจนออกจากโมเลกุลของมัน” Woodall ให้ความเห็น ดังนั้นไฮโดรเจนที่เหลือจึงถูกปล่อยออกสู่อวกาศโดยรอบ

การมีอยู่ของแกลเลียมเป็นสิ่งสำคัญสำหรับปฏิกิริยาที่จะเกิดขึ้น เนื่องจากจะป้องกันการก่อตัวของฟิล์มออกไซด์บนพื้นผิวของอะลูมิเนียมในระหว่างการออกซิเดชัน ฟิล์มนี้มักจะป้องกันการเกิดออกซิเดชันของอลูมิเนียมเพิ่มเติมโดยทำหน้าที่เป็นอุปสรรค หากการก่อตัวหยุดชะงัก ปฏิกิริยาจะดำเนินต่อไปจนกว่าอะลูมิเนียมจะหมดไป

Woodall ค้นพบกระบวนการนี้ด้วยโลหะผสมอะลูมิเนียม-แกลเลียมเหลวในปี 1967 ขณะที่เขาทำงานในอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ “ฉันกำลังทำความสะอาดเบ้าหลอมที่ประกอบด้วยโลหะผสมของแกลเลียมและอะลูมิเนียม” เขากล่าว “เมื่อฉันเติมน้ำลงไปก็มีเสียงดังปัง หลังจากนั้นฉันก็ออกจากห้องทดลองและใช้เวลาหลายชั่วโมงเพื่อศึกษาสิ่งที่เกิดขึ้นจริง”

“แกลเลียมเป็นส่วนประกอบที่จำเป็น เนื่องจากมันจะละลายที่อุณหภูมิต่ำและละลายอะลูมิเนียม ซึ่งทำให้แกลเลียมสามารถทำปฏิกิริยากับน้ำได้ วูดอลอธิบาย “นี่เป็นการค้นพบที่ไม่คาดคิด เนื่องจากทราบกันดีว่าอะลูมิเนียมที่เป็นของแข็งไม่ทำปฏิกิริยากับน้ำ”

ผลิตภัณฑ์สุดท้ายของปฏิกิริยาคือแกลเลียมและอะลูมิเนียมออกไซด์ การเผาไหม้ของไฮโดรเจนทำให้เกิดน้ำ “วิธีนี้จะไม่เกิดการปล่อยสารพิษ” Woodall กล่าว “สิ่งสำคัญคือต้องสังเกตด้วยว่าแกลเลียมไม่มีส่วนร่วมในปฏิกิริยาดังนั้นจึงสามารถรีไซเคิลและนำมาใช้ใหม่ได้ นี่เป็นสิ่งสำคัญเนื่องจากโลหะนี้มีราคาแพงกว่าอลูมิเนียมมาก อย่างไรก็ตาม หากกระบวนการนี้เริ่มมีการใช้กันอย่างแพร่หลาย อุตสาหกรรมเหมืองแร่จะสามารถผลิตแกลเลียมเกรดต่ำที่มีราคาถูกลงได้ เมื่อเปรียบเทียบกันแล้ว แกลเลียมทั้งหมดที่ใช้ในปัจจุบันมีความบริสุทธิ์สูง และใช้ในอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์เป็นหลัก”

Woodall กล่าวว่าเนื่องจากไฮโดรเจนสามารถใช้แทนน้ำมันเบนซินในเครื่องยนต์สันดาปภายใน เทคนิคนี้สามารถนำไปใช้กับยานยนต์ได้ อย่างไรก็ตาม เพื่อให้เทคโนโลยีแข่งขันกับเทคโนโลยีน้ำมันเบนซินได้ จำเป็นต้องลดต้นทุนในการนำอะลูมิเนียมออกไซด์กลับมาใช้ใหม่ “ตอนนี้ ราคาอะลูมิเนียมหนึ่งปอนด์มากกว่า 1 ดอลลาร์ ดังนั้นคุณไม่สามารถรับไฮโดรเจนในปริมาณเท่าน้ำมันเบนซินที่ 3 ดอลลาร์ต่อแกลลอนได้” Woodall อธิบาย

อย่างไรก็ตาม ต้นทุนของอลูมิเนียมสามารถลดลงได้หากได้มาจากออกไซด์โดยใช้อิเล็กโทรไลซิส และกระแสไฟฟ้าจะมาจากหรือ ในกรณีนี้ สามารถผลิตอะลูมิเนียมได้ที่ไซต์งานและไม่จำเป็นต้องมีระบบส่งไฟฟ้า ซึ่งช่วยลดต้นทุนโดยรวม นอกจากนี้ ระบบดังกล่าวยังสามารถตั้งอยู่ในพื้นที่ห่างไกล ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งในการก่อสร้างโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ Woodall กล่าวว่าแนวทางนี้จะช่วยลดการใช้น้ำมันเบนซิน ลดมลพิษ และการพึ่งพาการนำเข้าน้ำมัน

“เราเรียกมันว่าพลังงานไฮโดรเจนที่มีอะลูมิเนียมเป็นหลัก” Woodall กล่าว “และการแปลงเครื่องยนต์สันดาปภายในให้ทำงานด้วยไฮโดรเจนนั้นไม่ใช่เรื่องยาก สิ่งที่คุณต้องทำคือเปลี่ยนหัวฉีดน้ำมันเชื้อเพลิงด้วยไฮโดรเจน”

ระบบนี้ยังสามารถใช้เพื่อจ่ายพลังงานให้กับเซลล์เชื้อเพลิงได้อีกด้วย ในกรณีนี้สามารถแข่งขันกับเครื่องยนต์เบนซินได้แล้วแม้ว่าอลูมิเนียมจะมีราคาสูงในปัจจุบันก็ตาม “ระบบเซลล์เชื้อเพลิงมีประสิทธิภาพ 75% เทียบกับ 25% สำหรับเครื่องยนต์สันดาปภายใน” Woodall กล่าว “ดังนั้นเมื่อเทคโนโลยีนี้แพร่หลาย เทคนิคการสกัดไฮโดรเจนของเราจะสามารถใช้งานได้ในเชิงเศรษฐกิจ”

นักวิทยาศาสตร์เน้นย้ำถึงคุณค่าของอะลูมิเนียมในการผลิตพลังงาน “คนส่วนใหญ่ไม่ทราบว่ามีพลังงานอยู่ในนั้นมากแค่ไหน” Woodall อธิบาย “โลหะแต่ละปอนด์ (450 กรัม) สามารถผลิตพลังงานได้ 2 kWh เมื่อเผาไฮโดรเจนที่ปล่อยออกมา ดังนั้น รถยนต์ทั่วไปที่มีถังบรรจุลูกบอลโลหะผสมอลูมิเนียม (ประมาณ 150 กิโลกรัม) จะสามารถเดินทางได้ประมาณ 600 กม. และมีราคา 60 เหรียญสหรัฐ (โดยสันนิษฐานว่าอะลูมิเนียมออกไซด์จะถูกนำไปรีไซเคิล) เพื่อเปรียบเทียบ ถ้าฉันเติมน้ำมันเบนซินลงในถัง ฉันจะได้ 6 kWh ต่อปอนด์ ซึ่งมากกว่าพลังงานจากอะลูมิเนียม 1 ปอนด์ถึง 2.5 เท่า กล่าวอีกนัยหนึ่ง ฉันจะต้อง 2.5 เท่า อลูมิเนียมมากขึ้นเพื่อให้ได้พลังงานเท่ากัน อย่างไรก็ตาม สิ่งสำคัญคือฉันไม่รวมน้ำมันเบนซินโดยสิ้นเชิง และใช้สารราคาถูกที่มีจำหน่ายในสหรัฐอเมริกาแทน"