Bilim kurgu için en havalı özellik ve prensip olarak, gelecekte hepimizin beklediği - bir araba tankındaki su ile doldurulur ve uzaklaşır. Şimdi hidrojen oldukça uzun bir süredir düşünülmüş ve bazı yerlerde çevre dostu bir yakıt olarak kullanılmaktadır. Ancak, hidrojen yakıtının daha geniş kullanımı, bugün depolanması ve taşınması olan bir dizi çözülmemiş sorun tarafından engellenmektedir.

Ve burada, doğrudan sudan bir arabada doğrudan üretimi en havalı seçenek olacaktır.

Görünüşe göre buna yaklaşıyoruz ...

Maryland yakınlarındaki Aberdeen Proving Ground'da deneyler yapan ABD Ordusu Araştırma Laboratuvarı'ndan bir grup araştırmacı rastgele bir keşif yaptı. Kompozisyonu hala gizli olan özel bir alüminyum alaşımının bir çubuğuna su döktükten sonra, araştırmacılar hemen başlayan hidrojenin hızlı evrimi sürecini fark ettiler.

Bir okul kimya dersinden, eğer başka biri hatırlarsa, hidrojen su ve alüminyum arasındaki reaksiyonun bir yan ürünüdür. Bununla birlikte, bu reaksiyon genellikle sadece yeterince yüksek bir sıcaklıkta veya özel katalizörlerin varlığında ilerler. Ve sonra oldukça “yavaş” gider, bir hidrojen arabanın tankını doldurmak yaklaşık 50 saat sürer ve bu hidrojen üretme yönteminin enerji verimliliği yüzde 50'yi geçmez.

Yukarıdakilerin tümü, yeni bir alüminyum alaşımının dahil olduğu reaksiyonla ilgili değildir. Araştırma ekibinin başkanı Scott Grendahl, "Bu reaksiyonun etkinliği yüzde 100'e yaklaşıyor ve reaksiyonun kendisi üç dakikadan daha kısa sürede maksimum üretkenliğe" hızlanıyor "dedi.

Gerektiğinde hidrojen üreten bir sistem kullanmak birçok sorunu çözer. Su ve alüminyum alaşımı bir yerden başka bir yere kolayca taşınır, bu maddelerin her ikisi de inert ve kendiliğinden kararlıdır. İkincisi, reaksiyonu başlatmak için herhangi bir katalizör gerekmez, ne de bir başlangıç \u200b\u200bdarbesi, su alaşım ile temas ettiğinde reaksiyon devam eder.

Yukarıdakilerin hepsi, araştırmacıların hidrojen yakıtı alanında her derde deva olduğu anlamına gelmez. Bu durumda, hala açıklığa kavuşturulması veya açıklığa kavuşturulması gereken bir takım sorunlar vardır. İlk soru, laboratuvar dışında hidrojen üretmek için böyle bir şemanın işe yarayıp yaramayacağıdır, çünkü deneysel teknolojilerin laboratuvar koşullarında iyi çalıştığı, ancak saha denemelerinde tamamen başarısız olduğu birçok örnek vardır. İkinci soru, alüminyum alaşımı üretiminin karmaşıklığı ve maliyeti, reaksiyon ürünlerinin kullanım maliyeti, hidrojen üretmek için yeni bir yöntemin ekonomik fizibilitesini belirleyen faktörler sorusudur.

Sonuç olarak, yukarıda belirtilen sorunların çözülmesinin çok uzun sürmeyeceği belirtilmelidir. Ve ancak bundan sonra hidrojen yakıtı üretmek için yeni yöntemin daha fazla yaşayabilirliği hakkında sonuçlar çıkarmak mümkün olacaktır.

PS. Dikkat çekmek için ilk resimde delorian :-)

kaynaklar

Hidrojen, alüminyum ve alaşımlarında belirgin bir şekilde çözünen tek gazdır. Çözünürlüğü, sıcaklık ve basıncın kare kökü ile orantılı olarak değişir. Şekilde gösterildiği gibi, hidrojenin sıvı alüminyum içindeki çözünürlüğü katı alüminyumdan önemli ölçüde yüksektir: sırasıyla 0.65 ve 0.034 ml / 100 g. Bu değerler, alaşımların kimyasal bileşimine bağlı olarak biraz değişir. Erimiş alüminyumun hidrojen içeriği ile soğutulması ve katılaştırılması katı haldeki çözünürlüğünden önemli ölçüde yüksek olduğunda, (hidrojen) birincil veya ikincil gözeneklerin oluşumuna yol açacak olan moleküler formda salınabilir.

Alüminyumun hidrojen gözenekliliği

Alüminyumda hidrojen kabarcıklarının oluşumu büyük ölçüde soğutma ve katılaşma hızına ve ayrıca eriyik içinde hapsolmuş oksitler gibi hidrojen gelişimi için çekirdeklenme merkezlerinin varlığına bağlıdır. Bu nedenle, gözeneklilik oluşumu, katı alüminyumdaki hidrojenin çözünürlüğüne kıyasla, çözünmüş hidrojen içeriğinin önemli bir miktarını gerektirir. Çekirdeklenme merkezlerinin yokluğunda, hidrojen evrimi nispeten yüksek bir hidrojen konsantrasyonu gerektirir - yaklaşık 0.30 ml / 100 g Birçok endüstriyel alaşımda 0.15 ml / 100 g gibi oldukça yüksek hidrojen içeriğinde bile gözeneklilik saptanmaz.

Alüminyum dökümlerde hidrojen

Sertleştirilmiş alüminyumdaki hidrojenin yeri, sıvı alüminyumdaki seviyesine ve sertleşmenin meydana geldiği koşullara bağlıdır. Hidrojen gözenekliliğinin varlığı, difüzyonla kontrol edilen çekirdeklenme ve büyüme mekanizmalarının sonucu olduğundan, hidrojen konsantrasyonunda bir azalma ve katılaşma hızında bir artış gözeneklerin çekirdeklenmesi ve büyümesi üzerinde çok büyük bir etkiye sahiptir. Bu nedenle, yapılan dökümler, hidrojen ile ilişkili kusurlara, örneğin yapılan dökümlerden daha duyarlıdır.

Alüminyumdaki hidrojen kaynakları

Hidrojen, fırın atmosferi, şarj malzemeleri, eriticiler, eritme araçları ve erimiş alüminyum ile kalıp arasındaki reaksiyonlar dahil olmak üzere birçok kaynaktan alüminyuma girer.

Fırın atmosferi. Eritici doğal gaz veya örneğin akaryakıt ile çalışırsa, serbest hidrojen oluşumu ile yakıtın eksik yanması mümkündür.

Şarj malzemeleri. Külçeler, hurda ve dökümhane iadeleri oksit, korozyon ürünleri, kum ve diğer dökümhaneler ile işleme sırasında kullanılan yağlayıcıları içerebilir. Tüm bu kirleticiler, organik maddelerin restorasyonu veya su buharının kimyasal ayrışması sırasında oluşan potansiyel hidrojen kaynaklarıdır.

Fluxing ajanlar.  Çoğu akı tuzlardır ve tüm tuzların higroskopiktir, yani suyu zevkle “emmeye” hazırdır. Bu nedenle, ıslak akı kaçınılmaz olarak suyun kimyasal ayrışmasıyla oluşan eriyiğe hidrojen ekler.

Eritme aletleri.  Tepeler, kazıyıcılar ve kürekler gibi eritme araçları, temiz tutulmadıkları takdirde hidrojen kaynağı olabilir. Bu tür aletlerdeki oksitler ve akı kalıntıları, nemi doğrudan çevredeki havadan emdikleri için özellikle zor kirlilik kaynaklarıdır. Fırın refrakterleri, oluklar ve dağıtım kanalları, kireç ve çimento harçları, örnekleme kepçeleri, özellikle yeterince kurutulmadıkları takdirde potansiyel hidrojen kaynaklarıdır.

Sıvı alüminyum ve kalıp arasındaki etkileşim.  Kalıbın doldurulması sırasında sıvı metal aşırı türbülanslı akarsa, havayı iç hacmine sıkıştırabilir. Hava, katılaşma başlamadan dışarı çıkmak için zamana sahip değilse veya çıkmıyorsa, hidrojen metale girecektir. Yanlış yapılmış kalıp besleyicileri de hava sıkışmasına neden olabilir. Başka bir hidrojen kaynağı, aşırı ıslak kum kalıplarıdır.

Alüminyumun hidrojen ile reaksiyonu

Çoğu metal gibi alüminyumun da doğrudan hidrojen ile reaksiyona girmediğine inanılmaktadır. Genellikle metaller, diğer elementler tarafından kabul edilen elektronların kaybı ile bileşikler oluştururlar. Hidrojen ayrıca elektron kaybeden (veya elektronları paylaşan) bileşikler oluşturur. Bu nedenle, genellikle hidrojen atomları, bileşikler oluşturmak için metal bağışı yapan elektronları kabul etmezler. Sadece sodyum, potasyum, kalsiyum ve magnezyum gibi çok reaktif metaller hidrojen atomlarını elektronlarını bu metallerin hidritleri adı verilen katı iyonik bileşikler oluşturmak üzere kabul etmeye zorlayabilir.

Alüminyum hidridin hidrojen ve alüminyumdan doğrudan sentezi, yaklaşık 2.000.000.000 atmosferlik çılgın bir basınç ve 800 K'nin üzerinde bir sıcaklık gerektirir. Bu arada, alüminyum hidrit gibi bir bileşik mevcuttur. Alüminyum hidrit, 100 ° C'nin üzerindeki sıcaklıklarda kolayca ayrışan kararsız bir bileşiktir. Doğrudan elde edilmez, ancak diğer bileşiklerin reaksiyonlarının bir sonucu olarak elde edilir.

ALÜMİNYUM

Alüminyum, seri numarası 13, bağıl atom kütlesi - 26.98154 olan bir elementtir. III. Dönemde, III. Grupta, ana alt grupta yer almaktadır. Elektronik konfigürasyon: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1 3d 0. Alüminyumun kararlı bir oksidasyon durumu “+3” dir. Bu durumda oluşan katyon, stabilitesine katkıda bulunan asil bir gaz kabuğuna sahiptir, ancak yükün yarıçapa, yani yük konsantrasyonuna oranı, katyonun enerjisini artıran yeterince yüksektir. Bu özellik, iyonik bileşiklerle birlikte, alüminyumun bir dizi kovalent bileşik oluşturduğu ve katyonunun çözeltide önemli hidrolize maruz kalmasına yol açar.

Alüminyum, sadece 1500 ° C'nin üzerindeki sıcaklıklarda değerlik I gösterebilir. Al20 ve AlCl bilinmektedir.

Fiziksel özellikleri ile alüminyum, sadece gümüş ve bakıra göre yüksek termal ve elektrik iletkenliğine sahip tipik bir metaldir. Alüminyumun iyonlaşma potansiyeli çok yüksek değildir, bu yüzden ondan büyük kimyasal aktivite beklenebilir, ancak yüzeyinde güçlü bir oksit filmin oluşması nedeniyle metalin havada pasifleştirilmesi nedeniyle önemli ölçüde azalır. Metal etkinleştirilirse: a) filmi mekanik olarak çıkarın, b) amalgamat (cıva ile reaksiyona sokun), c) bir toz kullanın, o zaman böyle bir metal o kadar reaktif hale gelir, hatta sürece uygun olarak çöker:

4 (Al, Hg) + 3O2 + 6H20 \u003d 4Al (OH) 3 + (Hg)

Basit maddelerle etkileşim.

1. toz alüminyum güçlü ısıtma ile tepki   oksijen ile.Pasivasyon nedeniyle bu koşullara ihtiyaç duyulmaktadır ve alümina oluşumunun reaksiyonu oldukça ekzotermiktir - 1676 kJ / mol ısı açığa çıkar.

2. Klor ve brom ilestandart şartlar altında reaksiyona girer, çevrelerinde bile alev alabilir. Sadece cevap vermiyor florür ile  çünkü oksit gibi alüminyum florür, metal yüzeyinde koruyucu bir tuz filmi oluşturur. İyot ileısıtıldığında ve katalizör olarak su varlığında reaksiyona girer.

3. Gri ilefüzyon sırasında reaksiyona girerek alüminyum sülfid bileşimi Al2S3 verir.

4. C fosfor ısıtıldığında da fosfid oluşturmak üzere reaksiyona girer: AlP.

5. Doğrudan hidrojen ilealüminyum etkileşmez.

6. Azot ilealüminyum nitrür (AlN) vererek 800 ile With ile etkileşir. Alüminyumun bu tür sıcaklıklarda havada yanması, bu nedenle yanma ürünlerinin (havanın bileşimi dikkate alınarak) hem oksit hem de nitrit olduğu söylenmelidir.

7. Karbon ile  alüminyum daha da yüksek bir sıcaklıkta etkileşime girer: 2000 ° C Al 4 C3 bileşiminin alüminyum karbür metanidlere aittir, C - C bağları içermez ve hidroliz sırasında metan salınır: Al 4 C3 + 12H20 \u003d 4Al (OH ) 3 + 3CH 4

Karmaşık maddelerle etkileşim

1. Su ileaktif (koruyucu bir filmden yoksun) alüminyum, hidrojen evrimiyle aktif olarak etkileşime girer: 2Al (fiil) + 6H20 \u003d 2Al (OH) 3 + 3H2 Alüminyum hidroksit gevşek beyaz bir toz formunda elde edilir, bir filmin olmaması reaksiyona müdahale etmez.

2. Asitlerle Reaksiyon:a) Alüminyum, şu denkleme göre oksitleyici olmayan asitlerle aktif olarak etkileşime girer: 2Al + 6H3O + + 6H20 \u003d 2 3+ + 3H2,

b) Oksitleyici asitlerle etkileşim aşağıdaki özelliklerle gerçekleşir. Konsantre nitrik ve sülfürik asitlerin yanı sıra çok seyreltik nitrik asit pasif alüminyum (hızlı yüzey oksidasyonu, soğukta oksit filminin oluşumuna yol açar). Isıtıldığında, film kırılır ve reaksiyon geçer, ancak ısıtıldıklarında sadece minimal indirgeme ürünleri konsantre asitlerden izole edilir: 2Al + 6H2S04 (kons.) \u003d Al 2 (S04) 3 + 3S02 6H20A + 6HNO 3 ( kons) \u003d Al (N03) 3 + 3N02 + 3H20 O Orta derecede seyreltilmiş nitrik asit ile reaksiyon koşullarına bağlı olarak NO, N20, N2, NH4 + elde edilebilir.

3. Alkaliler ile etkileşim.Alüminyum amfoterik bir elementtir (kimyasal özelliklerde), çünkü 1.61 - metaller için yeterince büyük bir elektronegatifliğe sahiptir. Bu nedenle, hidroksokompleksler ve hidrojen oluşumu ile alkali çözeltilerde kolayca çözünür. Hidroksokompleksin bileşimi, reaktiflerin oranına bağlıdır: 2Al + 2NaOH + 6H20 \u003d 2Na + 3H2 2Al + 6NaOH + 6H20 \u003d 2Na 3 + 3H 2 Alüminyum ve hidrojenin oranı, bunlar arasındaki redoks reaksiyonunun elektronik dengesi ve reaktiflerin oranı ile belirlenir. bağımlı değil.

4. Düşük iyonlaşma potansiyeli ve oksijen için yüksek afinite (oksidin yüksek stabilitesi), alüminyumun aktif olarak etkileşime girmesine neden olur. birçok metalin oksitlerionları geri yükleme. Reaksiyonlar, ısının daha fazla evrimi ile başlangıç \u200b\u200bısıtması üzerine gerçekleşir, böylece sıcaklık 1200 ° - 3000 ° C'ye yükselir.% 75 alüminyum tozu ve% 25 (ağırlıkça) Fe3O4 karışımı "termit" olarak adlandırılır. Önceden, bu karışımın yanma reaksiyonu kaynak rayları için kullanılıyordu. Alüminyum kullanılarak oksitlerden metallerin indirgenmesine alüminotermi denir ve sanayide manganez, krom, vanadyum, tungsten ve ferro alaşımlar gibi metallerin üretilmesi için bir yöntem olarak kullanılır.

5. Tuz çözeltileri ilealüminyum iki farklı şekilde etkileşime girer. 1. Hidroliz sonucunda, tuz çözeltisinin asidik veya alkalin bir ortamı varsa, hidrojen salınır (asidik çözeltilerle, reaksiyon sadece önemli ısıtma ile devam eder, çünkü koruyucu oksit film alkalilerde asitlerden daha iyi çözülür). 2Al + 6KHSO4 + (H20) \u003d Al 2 (S04) 3 + 3K2S04 + 3H2 2Al + 2K2C03 + 8H20 \u003d 2K + 2KHCO3 + 3H2. 2. Alüminyum, voltaj hattının sağındaki tuz bileşiminden metalleri yer değiştirebilir, yani aslında bu metallerin katyonları tarafından oksitlenecektir. Oksit film nedeniyle, bu reaksiyon her zaman meydana gelmez. Örneğin, klorür anyonları filmi kırabilir ve reaksiyon 2Al + 3FeCl2 \u003d 2AlCl3 + 3Fe geçer ve oda sıcaklığında sülfatlarla benzer bir reaksiyon çalışmaz. Aktif alüminyum ile, genel kurala aykırı olmayan herhangi bir etkileşim işe yarayacaktır.

Alüminyum bileşikleri.

1. Oksit (AI203). Çoğu çok dayanıklı ve kimyasal olarak inert olan birkaç değişiklik şeklinde bilinir. A-Al203'ün modifikasyonu doğal olarak korindon minerali şeklinde gerçekleşir. Bu bileşiğin kristal kafesinde, alüminyum katyonları bazen kısmen mineralin bir renk veren diğer metallerin katyonları ile değiştirilir. Cr (III) 'ün karışımı kırmızı renk verir, bu tür korindon zaten yakut bir mücevherdir. Ti (III) ve Fe (III) karışımı mavi safir verir. Amorf modifikasyon kimyasal olarak aktiftir. Alümina, hem asitler hem de asit oksitler ve alkaliler ve bazik oksitler ile reaksiyona giren tipik bir amfoterik oksittir, alkaliler tercih edilir. Çözelti içindeki ve füzyon sırasında katı fazdaki reaksiyon ürünleri farklıdır: Na20 + Al203 \u003d 2NAAlO2 (füzyon) - sodyum metaalüminat, 6NaOH + A203 \u003d 2Na3 AlO3 + 3H20 (füzyon) - ortoalüminat sodyum, AI203 + 3Cr03 \u003d AI2 (Cr04) 3 (füzyon) - alüminyum kromat. Oksitlere ve katı alkalilere ek olarak, alaşımlama sırasında alüminyum, uçucu asit oksitlerin oluşturduğu tuzlarla reaksiyona girerek tuz bileşiminden uzaklaştırır: K2C03 + AI2O3 \u003d 2KAl02 + C02 Çözeltideki reaksiyonlar: A1203 + 6HCl \u003d 2 3+ + 6Cl 1- + 3H20 Al203 +2 NaOH + 3H20 \u003d 2 Na - sodyum tetrahidroksoaluminat. Tetrahidroksoaluminat anyonu aslında 1- tetrahidroksodiaquaanion'dur, çünkü alüminyum için 6 numaralı koordinasyon tercih edilir. Fazla alkali ile hekzahidroksoalüminat oluşur: Al203 + 6NaOH + 3H20 \u003d 2Na3. Asitlere ve alkalilere ek olarak, asit tuzları ile reaksiyonlar beklenebilir: 6KHSO4 + Al203 \u003d 3K2S04 + Al2 (S04) 3 + 3H20.

3. Alüminyum hidroksitler. İki alüminyum hidroksid bilinmektedir - metahidroksit –AlO (OH) ve ortohidroksit –Al (OH) 3. Her ikisi de suda çözünmez, aynı zamanda amfoteriktir, bu nedenle hidroliz sonucunda asit ve alkalilerin yanı sıra asitli veya alkali bir ortama sahip tuzlarda da çözülürler. Füzyonda hidroksitler okside benzer şekilde reaksiyona girer. Tüm çözünmeyen bazlar gibi, alüminyum hidroksitler ısındığında ayrışırlar: 2Al (OH) 3 \u003d Al203 + 3H2O. Alkali çözeltilerde çözündüğünde, alüminyum hidroksitler sulu amonyak içinde çözülmezler, bu nedenle çözünür bir tuzdan amonyak ile çöktürülebilirler: Al (NO 3) 3 + 3NH3 + 2H20 \u003d AlO (OH) 5 + 3NH4N03, bu reaksiyon tam olarak metahidroksit üretir. Hidroksitin alkali ile çökeltilmesi zordur, elde edilen çökelti kolayca çözülür ve toplam reaksiyon şu şekildedir: AlCl3 +4 NaOH \u003d Na + 3NaCl

4. Alüminyum tuzları. Hemen hemen tüm alüminyum tuzları suda yüksek oranda çözünür. Çözünmeyen AlP04 fosfat ve AlF3 florür. çünkü alüminyum katyon yüksek bir yük konsantrasyonuna sahiptir, aquacomplex katyonik asit özelliklerini kazanır: 3+ + H20 \u003d H30 + + 2 +, yani. alüminyum tuzları kuvvetli katyon hidrolizine uğrar. Zayıf asitlerin tuzları durumunda, katyon ve anyon ile hidrolizin karşılıklı olarak artması nedeniyle, hidroliz geri döndürülemez hale gelir. Çözelti tamamen su ile ayrıştırılır veya karbonat, sülfit, sülfit ve alüminyum silikatın değişim reaksiyonu ile elde edilemez: Al2S 3 + 6H20 \u003d 2Al (OH) 3 ↓ + 3H 2 S 2Al (NO 3) 3 + 3K 2 CO3 + 3H20 \u003d 2Al (OH) 3 8 + 3CO2 + 6KN03. Bazı tuzlar için, hidroliz ısıtıldığında geri dönüşümsüz hale gelir. Islak alüminyum asetat, denkleme göre ısıtma üzerine ayrışır: 2Al (OOCCH3) 3 + 3H20 \u003d Al203 + 6CH3COOH Alüminyum halojenürler durumunda, tuzun ayrışması, gaz halinde hidrojen halojenürlerin ısıtma üzerine çözünürlüğünde bir azalma ile kolaylaştırılır: AlCl 3 + 3H20 \u003d Al (OH) 3 8 + 3HCl. Alüminyum halojenürlerden sadece florür iyonik bir bileşiktir, halojenürlerin geri kalanı kovalent bileşiklerdir, erime noktaları florürinkinden önemli ölçüde düşüktür, alüminyum klorür süblimleşebilir. Çok yüksek sıcaklıklarda, merkezi üçgen atom orbitallerinin sp 2 hibridizasyonu nedeniyle, düz üçgen bir yapıya sahip tek alüminyum halid molekülleri çiftler halinde bulunur. Bu bileşiklerin buharlarda ve bazı organik çözücülerdeki ana durumu dimerler, örneğin Al2CI6'dır. Alüminyum halidler güçlü Lewis asitleridir. boş bir atom yörüngesine sahip olmak. Bu nedenle, suda çözünme, büyük miktarda ısı açığa çıkar. İlginç bir alüminyum bileşiği sınıfı (ve diğer üç değerlikli metaller), tüm çift tuzlar gibi çözünme üzerine ilgili katyonların ve anyonların bir karışımını veren şap - 12-sulu çift sülfat M I M III (S04) 2'dir.

5. Karmaşık bileşikler.Alüminyum hidroksokompleksleri düşünün. Bunlar, kompleks parçacığın bir anyon olduğu tuzlardır. Bütün tuzlar çözünür. Asitlerle etkileşerek yok edilir. Bu durumda, güçlü asitler ortaya çıkan ortohidroksiti çözer ve zayıf veya karşılık gelen asit oksitler (H2S, C02, S02) çökelir: K + 4HCl \u003d KCl + AlCl3 + 4H2 OK + CO2 \u003d Al (OH) 3 ↓ + KHCO 3

Kalsine edildiğinde hidroksoalüminatlar orto - veya metaalüminatlara dönüşerek su kaybeder.

demir

Seri numarası 26 olan ve 55.847 bağıl atom kütlesi olan eleman. 3D eleman ailesine aittir, elektronik bir konfigürasyona sahiptir: 3d 6 4s 2 ve periyodik sistemde IV periyodu, VIII grubu, yan alt gruptur. Bileşiklerde, demir ağırlıklı olarak +2 ve +3 oksidasyon durumları sergiler. Fe3 + iyonu, ilave stabilite sağlayan yarım dolu bir d-elektron kabuğuna, 3d 5 sahiptir. +4, +6, +8 oksidasyon durumlarına ulaşmak çok daha zordur.

Demir, fiziksel özellikleri ile gümüş-beyaz, parlak, nispeten yumuşak, yumuşak, kolayca mıknatıslanmış ve manyetikliği giderilmiş metaldir. Erime noktası 1539® С. Kristal kafes tipinde farklılık gösteren birkaç allotropik modifikasyona sahiptir.

  Basit bir maddenin özellikleri.

1. Havada yanarken Fe3O4'ün karışık bir oksidini oluşturur ve saf oksijen ile etkileşime girerken - Fe203. Toz demir piroforiktir - havada kendiliğinden tutuşur.

2. Flor, klor ve brom demir ile kolayca reaksiyona girerek Fe3 + 'a oksitlenir. Üç değerlikli demir katyonu iyodür anyonunu oksitlediği için FeJ2 iyotla oluşturulur ve bu nedenle FeJ3 bileşiği mevcut değildir.

3. Benzer bir nedenden ötürü, Fe2S3 bileşiği mevcut değildir ve demir ve sülfürün sülfürün erime noktasında etkileşimi FeS bileşiğine yol açar. Aşırı kükürt ile pirit - demir (II) disülfür - FeS2 elde edilir. Stokiyometrik olmayan bileşikler de oluşur.

4. Demir, katı metaller veya metal benzeri bileşikler oluşturarak güçlü ısıtmayla diğer metal olmayanlarla reaksiyona girer. 500 ° C'de reaksiyona girilebilir: 3Fe + C \u003d Fe3C. Bu demir ve karbon bileşiğine çimentoit denir.

5. Birçok metal ile demir alaşımlar oluşturur.

6. Oda sıcaklığında havada demir bir oksit filmle kaplanır, bu nedenle su ile etkileşmez. Kızgın buhar ile etkileşim aşağıdaki ürünleri verir: 3Fe + 4H20 (buhar) \u003d Fe3O4 + 4H2. Oksijen varlığında demir, hava nemi ile bile etkileşime girer: 4Fe + 3O2 + 6H20 \u003d 4Fe (OH) 3. Yukarıdaki denklem, yılda% 10'a kadar metal ürününe maruz kalan paslanma sürecini yansıtır.

7. Demir, hidrojene kadar bir dizi stres içinde olduğu için, oksitleyici olmayan asitlerle kolayca reaksiyona girer, ancak sadece Fe2 + 'ye oksitlenir.

8. Konsantre nitrik ve sülfürik asitler demiri pasifleştirir, ancak ısıtıldığında reaksiyon oluşur. Seyreltilmiş nitrik asit ayrıca oda sıcaklığında reaksiyona girer. Tüm oksitleyici asitlerle demir, demir (III) tuzları verir (bazı raporlara göre, seyreltik nitrik asit ile demir (II) nitrat oluşumu mümkündür) ve HNO 3'ü (dekompresyon) NO, N20, N2, NH 4'e düşürür. + koşullara bağlı olarak ve HNO 3 (kons.) - reaksiyonun devam etmesi için gerekli olan ısıtma nedeniyle NO 2'ye.

9. Demir, ısıtıldığında konsantre (% 50) alkalilerle reaksiyona girebilir: Fe + 2KOH + 2H20 \u003d K2 + H2

10. Daha az aktif metallerin tuz çözeltileri ile reaksiyona giren demir, bu metalleri tuzdan çıkarır ve iki değerlikli bir katyona dönüşür: CuCl2 + Fe \u003d FeCl2 + Cu.

Demir bileşiklerinin özellikleri.

Fe 2+  Yükün bu katyonun yarıçapına oranı Mg2 + 'nınkine yakındır, bu nedenle oksit, hidroksit ve demir tuzlarının kimyasal davranışı karşılık gelen magnezyum bileşiklerinin davranışına benzer. Sulu bir çözeltide, demir katyonu 2+ soluk yeşil su kompleksi oluşturur. Bu katyon, atmosferik oksijen ile doğrudan çözelti içinde bile kolayca oksitlenir. FeCl2 çözeltisi karmaşık parçacıklar 0 içerir. Böyle bir katyonun yük konsantrasyonu düşüktür, bu nedenle tuzların hidrolizi orta düzeydedir.

1. FeO - ana oksit, siyah, suda çözünmez. Asitlerde kolayca çözünür. 500 0 С'nin üzerinde ısıtıldığında orantısız: 4FeO \u003d Fe + Fe3O4. Karşılık gelen hidroksit, karbonat ve oksalatın dikkatlice kalsinlenmesi yoluyla elde edilebilirken, diğer Fe2 + tuzlarının termal ayrışması ferrik oksit oluşumuna yol açar: FeC204 \u003d FeO + CO + C02, ancak 2 FeS04 \u003d Fe20 3 + S02 + S03 4Fe (NO 3) 2 \u003d 2Fe203 + 8N02 + 2 Demir oksidin (II) kendisi oksitleyici bir madde olarak işlev görebilir, örneğin ısıtıldığında reaksiyon oluşur: 3FeO + 2NH 3 \u003d 3Fe + N 2 + 3H 2 O

2. Fe (OH) 2 - demir (II) hidroksitte çözünmeyen baz. Asitlerle reaksiyona girer. Asit-baz etkileşimi ve ferrik demire oksidasyon, oksitleyici asitlerle eşzamanlı olarak gerçekleşir: 2Fe (OH) 2 + 4H2S04 (kons.) \u003d Fe2 (S04) 3 + S02 + 4H2O Değişimi ile elde edilebilir çözünür tuz reaksiyonları. Bu, hava nemi ile etkileşime bağlı olarak havada yeşile dönüşen ve daha sonra atmosferik oksijen tarafından oksidasyon nedeniyle kahverengiye dönüşen beyaz bir bileşiktir: 4Fe (OH) 2 + 2H202 + 02 \u003d 4Fe (OH) 3.

3. Tuzlar. Daha önce belirtildiği gibi, Fe (II) tuzlarının çoğu havada veya çözeltide yavaşça oksitlenir. Oksidasyona en dirençli olan Mohr tuzu - demir (II) ve amonyumun çift sülfat: (NH4) 2 Fe (S04) 2. Fe2 + katyonu Fe3 + 'ya kolayca oksitlenir, bu nedenle çoğu oksitleyici ajan, özellikle asit oksitleyici ajanlar, demir tuzlarını okside eder. Sülfür ve demir disülfür ateşlenirken, demir (III) oksit ve sülfür (IV) oksit elde edilir: 4FeS 2 + 11O2 \u003d 2Fe203 + 8SO2 Demir (II) sülfür ayrıca güçlü asitlerde çözünür: FeS + 2HCl \u003d FeCl 2 + 2H2S Demir (II) karbonat çözünmezken hidrojen karbonat suda çözünür.

Fe 3+Yük yarıçapına göre bu katyon bir alüminyum katyonuna karşılık gelir ,   bu nedenle demir (III) katyon bileşiklerinin özellikleri, karşılık gelen alüminyum bileşiklerine benzer.

Fe203 - ana özelliklerin hakim olduğu hematit, amfoterik oksit. Amfoterisite, katı alkaliler ve alkali metal karbonatlar ile alaşımlanma olasılığında kendini gösterir: Fe203 + 2NaOH \u003d H20 + 2NaFe02 - sarı veya kırmızı, Fe203 + Na2C03 \u003d 2NaFe02 + C02. Ferrates (II) Fe203 salınımı ile su ile ayrıştırılır. nH20.

Fe3O 4- manyetit, karma oksit olarak kabul edilebilen siyah bir madde - FeO. Fe203 veya demir (II) oksometaferrat (III) olarak: Fe (Fe02) 2. Asitlerle etkileşime girdiğinde bir tuz karışımı verir: Fe304 + 8HCl \u003d FeCl2 + 2FeCl3 + 4H20.

Fe (OH) 3 veya FeO (OH) kırmızımsı kahverengi jelatinimsi bir çökelti, amfoterik hidroksittir. Asitlerle etkileşime ek olarak, sıcak konsantre bir alkali çözeltisi ile reaksiyona girer ve katı alkaliler ve karbonatlar ile kaynaştırılır: Fe (OH) 3 + 3KOH \u003d K3.

Tuz.Demir demirinin çoğu tuzları çözünür. Alüminyum tuzları gibi, zayıf ve kararsız veya çözünmeyen asit anyonlarının varlığında geri dönüşümsüz hale gelebilen katyon ile güçlü hidrolize uğrarlar: 2FeCl3 + 3Na2C03 + 3H20 \u003d 2Fe (OH) 3 + 3CO2 + 6NaCl. Bir demir (III) klorür çözeltisini kaynatırken, hidroliz de geri döndürülemez hale getirilebilir, çünkü ısıtıldığında herhangi bir gaz olarak hidrojen klorürün çözünürlüğü azalır ve reaksiyon küresinden ayrılır: FeCl3 + 3H20 \u003d Fe (OH) 3 + 3HCl (ısıtıldığında).

Bu katyonun oksitlenme kabiliyeti çok yüksektir, özellikle Fe2 + 'ya dönüşüm açısından: Fe3+ + ē \u003d Fe2 + \u003d \u003d 0.77v. Sonuç olarak:

a) ferrik tuz çözeltileri tüm metalleri bakıra kadar oksitler: 2Fe (NO 3) 3 + Cu \u003d 2Fe (NO 3) 2 + Cu (NO 3) 2,

b) kolayca oksitlenebilir anyonlar içeren tuzlarla değişim reaksiyonları, oksidasyonları ile eşzamanlı olarak meydana gelir: 2FeCl3 + 2KJ \u003d FeCl2 + J2 + 2KCl2FeCl3 + 3Na2S \u003d 2FeS + S + 6NaCl

Diğer üç değerlikli katyonlar gibi demir (III), alkali metaller veya amonyum katyonları ile şap - çift sülfatlar oluşturabilir, örneğin: NH4 Fe (S04) 2. 12H20.

Karmaşık bileşikler.  Her iki demir katyonu da anyonik komplekslerin, özellikle de demirin oluşumuna eğilimlidir (III). FeCl3 + KCl \u003d K, FeCl3 + Cl2 \u003d Cl + -. İkinci reaksiyon, demir (III) klorürün bir elektrofilik klorlama katalizörü olarak etkisini yansıtır. Siyanür kompleksleri ilgi çekicidir: 6KCN + FeS04 \u003d K4 - potasyum hekzasiyanoferrat (II), sarı kan tuzu. 2K4 + Cl2 \u003d 2K3 + 2KCl - potasyum hekzasiyanoferrat (III), kırmızı kan tuzu. Demirli demir kompleksi, reaktiflerin oranına bağlı olarak mavi bir çökelti veya bir demir tuzu içeren bir çözelti verir. Aynı reaksiyon, kırmızı kan tuzu ve herhangi bir demir tuzu arasında gerçekleşir. İlk durumda, çökeltiye ikinci turbul mavisinde Prusya mavisi denir. Daha sonra, en azından çözeltilerin aynı bileşime sahip olduğu ortaya çıktı: K - potasyum demir (II, III) hekzasiyanoferrat. Tarif edilen reaksiyonlar, karşılık gelen demir katyonlarının çözeltisindeki mevcudiyet için kalitatiftir. Ferrik katyonun mevcudiyetine nitel bir reaksiyon, potasyum tiyosiyanat (tiyosiyanat) ile etkileşime girdiğinde kan kırmızısı bir rengin ortaya çıkmasıdır: 2FeCl3 + 6KCNS \u003d 6KCl + Fe.

Fe +6. Demir için oksidasyon durumu +6 kararsızdır. Sadece sadece pH\u003e 7-9'da bulunan, ancak güçlü bir oksitleyici ajan olan FeO4 2- anyonunu elde etmek mümkündür.

Fe203 + 4KOH + 3KNO 3 \u003d 2K 2 FeO 4 + 3KNO 2 + 2H20

Fe (talaş) + H20 + KOH + KNO 3 \u003d K 2 FeO 4 + KNO 2 + H2

2Fe (OH) 3 + 3Cl2 + 10KOH \u003d 2K2 FeO4 + 6KCl + 6H20

Fe203 + KClO3 + 4KOH \u003d 2K2 FeO4 + KCl + 2H20

4K 2 FeO 4 + 6H20 \u003d 4FeO (OH) ↓ + 8KOH + 3O2

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

2K 2 FeO 4 + 2CrCl3 + 2HCl \u003d FeCl3 + K2 Cr207 + 2KCl + H20

Endüstride demir üretimi:

A) alan adı süreci: Fe203 + C \u003d 2FeO + CO

FeO + C \u003d Fe + CO

FeO + CO \u003d Fe + CO 2

B) aluminotermi: Fe203 + Al \u003d AI203 + Fe

KROM - seri numarası 24 olan ve göreceli atom kütlesi 51.996 olan bir eleman. Elementlerin 3d ailesine aittir, elektronik konfigürasyona sahiptir 3d 5 4s 1 ve periyodik sistemde IV periyodu, VI grubu, yan alt gruptur. Olası oksidasyon durumları: +1, +2, +3, +4, +5, +6. Bunlardan en kararlı olanları +2, +3, +6 ve +3 minimum enerjiye sahiptir.

Fiziksel özellikleri ile krom, erime noktası 1890 ° C olan grimsi beyaz, parlak, sert bir metaldir. Kristal kafesinin gücü, kısmi kovalent bağlanma kapasitesine sahip beş eşlenmemiş d-elektronun varlığından kaynaklanır.

Basit bir maddenin kimyasal özellikleri.

Düşük sıcaklıklarda, bir oksit filmin varlığı nedeniyle krom inerttir, su ve hava ile etkileşime girmez.

1. 600 ° C'nin üzerindeki sıcaklıklarda oksijen ile etkileşime girer. Bu durumda, krom oksit (III) - Cr203 oluşur.

2. Halojenlerle etkileşim farklı şekillerde gerçekleşir: Cr + 2F2 \u003d CrF 4 (oda sıcaklığında), 2Cr + 3Cl2 (Br 2) \u003d 2CrCl3 (Br 3), Cr + J 2 \u003d CrJ2 (önemli ölçüde ısıtma ile) ). Krom (III) iyodürün var olabileceği ve kristalin CrJ3 hidrat formundaki değişim reaksiyonu ile elde edildiği söylenmelidir. 9H20, ancak termal stabilitesi küçüktür ve ısıtıldığında CrJ2 ve J2'ye ayrışır.

3. 120 ° C'nin üzerindeki sıcaklıklarda krom, erimiş kükürt ile etkileşime girerek krom (II) sülfür - CrS (siyah) verir.

4. 1000 ° C'nin üzerindeki sıcaklıklarda krom, azot ve karbon ile reaksiyona girerek stokiyometrik olmayan, kimyasal olarak inert bileşikler verir. Bunlar arasında, yaklaşık bir CrC bileşimine sahip sertlik elmasın yaklaştığı karbür kaydedilebilir.

5. Krom hidrojenle reaksiyona girmez.

6. Su buharı ile reaksiyon aşağıdaki gibi ilerler: 2Cr + 3H20 \u003d Cr203 + 3H2

7. Oksitleyici olmayan asitlerle reaksiyon oldukça kolaydır ve sadece hava yokluğunda veya bir hidrojen atmosferinde stabil olan bir su kompleksi gök mavisi 2+ oluşur. Oksijen varlığında reaksiyon farklı şekilde ilerler: 4Cr + 12HCl + 3O2 \u003d 4CrCl3 + 6H2O Oksijen ile doymuş seyreltilmiş asitler, yüzeyde güçlü bir oksit filminin oluşması nedeniyle kromu bile pasifleştirir.

8. Asit oksitleyici ajanlar: herhangi bir konsantrasyondaki nitrik asit, konsantre sülfürik perklorik asit pasivat krom, böylece bu asitlerle yüzey işleminden sonra artık diğer asitlerle reaksiyona girmez. Pasivasyon ısıtıldığında çıkarılır. Bu durumda, krom (III) tuzları ve kükürt veya azot dioksit elde edilir (perklorik asit - klorürden). Bir tuz filminin oluşumuna bağlı pasivasyon, kromun fosforik asit ile etkileşimi sırasında meydana gelir.

9. Krom doğrudan alkali ile reaksiyona girmez, fakat oksitleyici ajanların ilavesi ile alkalin erir ile reaksiyona girer: 2Cr + 2Na2C03 (g) + 3O2 \u003d 2Na2 CrO4 + 2CO2

10. Krom, tuz çözeltileri ile reaksiyona girerek daha az aktif metalleri (gerilim sırasında sağında duran) tuz bileşiminden uzaklaştırır. Bu durumda, kromun kendisi bir Cr2 + katyonuna dönüşür.

Buluş, kimya endüstrisi, özellikle alüminyum hidroksit ve hidrojen üretmek için bir tesis ile ilgilidir. Kurulum, ince bölünmüş alüminyum ve su tozunun karıştırılması için bir cihaz, suyun alüminyum ile kimyasal etkileşimi için bir reaktör, hidrojen içeren bir gaz karışımının evrimi ve alüminyum oksidasyon ürünlerinin oluşumu ile birlikte hidrojen içeren gaz karışımı ve alüminyum oksidasyon ürünlerinin çıkarılması için bir cihaz içerir. Suyun alüminyumla kimyasal etkileşimi için reaktör, bir karıştırma cihazı ve reaktörün içine yerleştirilmiş bir ultrasonik süspansiyon ışınlama cihazı ile donatılmıştır. Buluş, işlemin verimliliğini arttırır. 1 hasta.

Rusya Federasyonu patenti rakamları 2350563

Buluş, özellikle kimya endüstrisiyle, ultrasonik bir alanda oksidasyon yoluyla alüminyum metalden zayıf bir alkali çözeltisinde hidrojen ve alüminyum hidroksit üretmek için bir cihaza ilişkindir.

Alüminyum hidroksitler adsorbanlar, katalizörler vb. Gibi çeşitli endüstrilerde kullanılır. Yüksek saflıkta alüminyum hidroksitler, elektronik ve optik endüstrisinde ince bir toz formunda - özellikle sert diskler veya manyetik kafalar için aşındırıcı tozlar olarak ve ayrıca optik ve elektronik endüstrileri için seramik, sentetik yakut ve safir için hammadde elde etmek için kullanılır, kritik yapılarda betonun mukavemet özelliklerini arttırmak.

Buluş, özellikle, boehmit formundaki alüminyum hidroksitleri üretmek için bir yönteme ilişkindir. Yöntem, kimyasal üretim, metalurji, hidrojene dayalı otonom enerji temini için kullanılabilecek hidrojen elde edilmesine izin verir.

Alüminyum hidroksitlerin endüstriyel üretimi için ana yöntem Bayer işlemidir ve müteakip kurutma ve kalsinasyonu alüminyum oksitlerin üretimine yol açar (Chemical Encyclopedia, ed. "Sovyet Ansiklopedisi", M., 1988, v.1, s.213-214).

Bununla birlikte, alüminyum hidroksitleri üretmeye yönelik geleneksel yöntemler, ürünün yüksek saflığını sağlamaz.

Bir alüminyum bileşiği, bir alüminyum öncüsü ve alüminyum hidroksit kristalleri için tohum malzemesi olarak kullanılan bileşiklerden en az birinin ve ardından hidrojen klorür içeren bir atmosferde kalsinasyondan oluşan ince bir toz formunda alüminyum hidroksitler üretmek için bilinen bir yöntem (EP No. 1262457, C01F 7/02, yayın 04.12.2002).

Bununla birlikte, bu yöntem gerekli saflıkta ve istenen yapıda bir malzeme sağlamaz. Ek olarak, jel formunda hidroksitler üretme yöntemi, izolasyonunun filtrelenmesinin zor olması ve ayrıca ince tozların elde edilmesi için öğütme veya ekstrüzyon adımlarının gerekli olması bakımından elverişsizdir.

Alüminyum metalinin su ile etkileşimi ile alüminyum hidroksidlerin elde edilmesinin daha uygun olduğu görülmektedir, ancak alüminyum yüzeyinde bir oksit filmin oluşumu nedeniyle aktivitesi hızla azalmaktadır. Bu fenomeni önlemek için çeşitli katkı maddeleri kullanılır.

Bu nedenle, alüminyum ile su da dahil olmak üzere metallerin etkileşiminden oluşan hidrojen üretmek için bilinen yöntemler vardır (US No. 3348919, 423-657, yayın 10.24.1967, US No. 3985866, 423-657, yayın 12.10.1976). Bununla birlikte, bu yöntemlerde, alümine ek olarak, diğer metaller kullanılır - alkalin, alkalin toprak metalleri veya alaşımları (EP No. 248960, С01В 3/086, yayın 16.12.1987).

Alüminyum hidroksitleri ve hidrojeni elde etmek için diğer yöntemlerde (US No. 2958582, 423-627, publ. 01.10.1958, US No. 2958583, 423-627, publ. 01.10.1958), katalitik miktarların etkileşimini kolaylaştıran ilave maddeler kullanmak gerekir. organik aminler. Bu maddelerin eklenmesi saf alüminyum hidroksit elde etmeyi imkansız hale getirir. Alüminyum veya bileşiklerinin ve hidrojenin etkileşim süreci, başlangıç \u200b\u200breaktiflerinin verildiği bir karıştırıcı ile bir reaktör içeren bir tesiste gerçekleştirilir. Kurulum, bir ısı eşanjörü, bir ayırıcı ve sonuçtaki alüminyum hidroksitlerin süspansiyonunu su ile ayırmak için bir filtre içerir.

Bilinen (US No. 2758011, 423-627, yayın 07.08.1956), ince parçacıklar şeklinde su ve alüminyum yükleyen etkileşimi içeren boehmit (-AlOOH) formunda alümina üretme yöntemi. Karışım daha sonra 250-374 ° C (482-705 ° F) bir sıcaklığa kadar ısıtılır, daha sonra karıştırma, sıvı fazda suyu korumak için yeterli bir basınç altında aynı sıcaklıkta başlatılır. İşlem, tüm alüminyumun etkileşimi için yeterli bir süre için gerçekleştirilir, verilen örneklerde, bu süre yaklaşık 4 saattir. Tüm alüminyum reaksiyona girdikten sonra karıştırma durdurulur, reaksiyon karışımı ile otoklav soğutulur ve elde edilen alüminyum hidroksit ayrılır. Yöntemi uygulamak için bir karıştırıcılı bir reaktör, su ve toz alüminyum tanıtmak için açıklıklar, bir karter, buhar ve gaz almak için bir kondansatör içerir. Böyle bir yöntemi endüstriyel ölçekte uygulamak, periyodik modu nedeniyle teknolojik olarak ileri değildir; yöntem elde edilen ürünün şeklini değiştirmenize izin vermez alüminyum hidroksittir.

Metal içeren maddelerin su ile etkileşime girmesinden oluşan bilinen bir hidrojen üretme yöntemi. Metal içeren maddeler, reaktöre beslenmeden önce suda çözünür bir polimer film ile kaplanır. Etkileşim, parametreleri süper kritik durumunun parametrelerine karşılık gelen, metal içeren maddelerin hidrojenin evrimi ile katman-katman yanması işlemini gerçekleştirmeyi mümkün kılan sulu bir ortamda gerçekleştirilir (RU No. 2165388, СВВ 3/10, yayın 04.07.2000).

Toz halinde alüminyum, metal içeren maddeler olarak kullanılabilir ve dioksan veya metil alkol içindeki bir polietilen oksit çözeltisi, suda çözünür bir polimer film olarak kullanılabilir. Su ortamının süperkritik durumunun basıncı 22.12 MPa'dan yüksektir ve sıcaklık 647.3 K'dan (374 ° C) yüksektir. Yöntem, bileşimin bir hidrojen karışımının elde edilmesine izin verir: hacimce% 96.1 Hidrojen, hacimce% 3.9 Karbon monoksit; ve besleme stokunun yenilenmesini gerçekleştirir. Bununla birlikte, elde edilen alüminyum hidroksit işleminin formu boehmit değildir.

Aşağıdakileri içeren hidrargillit formunda yüksek saflıkta alüminyum hidroksit üretmek için geliştirilmiş bir işlemdir: (a) bir reaksiyon karışımı elde etmek için yaklaşık 70 ° C'de sıcak su içine toz halinde olmayan, tercihen külçe formunda katı su; (b) bu \u200b\u200bkarışımın yaklaşık 20 dakika karıştırılması; (c) karışıma bir alkali katı, tercihen sodyum hidroksit eklenmesi ve kaynama noktasına ısıtılması; (d) sıcaklığın 75-80 ° C'ye düşürülmesi ve 60 dakika karıştırılması; (e) sıcaklığın oda sıcaklığına düşürülmesi; ve (f) yüksek saflıkta alüminyum hidroksit ile sonuçlanan karışımın süzülmesi. Bu yöntem, safsızlıkların oluşumuna katkıda bulunan ek bir madde - sodyum hidroksit kullanır (US No. 5435986, C01F 7/02, pub. 25.07.1995).

Alüminyum ve damıtılmış sudan hidroksitler veya alüminyum ve hidrojen oksitleri üretmek için bilinen bir yöntem olup, özelliği, 20 um'den büyük olmayan bir tanecik boyutuna sahip ince dağılmış alüminyumdan, su içinde toz alüminyumun bir süspansiyonunun Al: H20 \u003d 1: 4-16 oranında hazırlanmasıdır. H sürekli olarak yüksek basınçlı bir reaktöre beslenir, burada toz halinde bir alüminyum süspansiyonu, 220-900 ° C'lik bir sıcaklıkta suya 100 um'den fazla olmayan bir damlacık çapı ve 1: 50-100 ağırlıkta bir su ile 20-40 MPa'lık bir basınçta püskürtülür. yüksekten çıktıktan saatler sonra Bir basınçta, gaz kondansatöre beslenir ve hidrojen ondan çıkarılır ve alüminyum hidroksit veya alüminyum oksit süspansiyon haznesine aktarılır. Bu durumda, boehmit formundaki alüminyum hidroksit, 250-350 ° C'lik bir sıcaklıkta, 32-35 MPa'lık bir Al: H20 \u003d 1: 8-12 ağırlık oranında bir oranda elde edilir. (RU No. 2223221, C01F 7/42, 3/10, yayın 02/10/2004).

Aynı kaynaktan, bir mikser, bir reaktör, bir süspansiyon için bir sedimantasyon tankı, bir kondansatör dahil olmak üzere yöntemin uygulanması için bilinen bir kurulum. Aynı zamanda, reaktör, toz halinde alüminyum süspansiyonunu 100 um'den fazla olmayan bir damlacık çapına su içinde püskürtmek için bir nozul ile donatılmış bir yüksek basınçlı cihazdır. Yöntemi uygulamak için, önce su içinde Al: H20 \u003d 1: 4-16 ağırlık oranında bir toz halinde alüminyum süspansiyonu (parçacık boyutu 20 mikrona kadar, tercihen 5 mikrona kadar) hazırlayın. H. Bu dağılım reaktöre beslenir, burada 220-900 ° C sıcaklıkta 20-40 MPa'lık bir basınç altında su içine püskürtülür. Süspansiyonun ince püskürtülmesini sağlamak gerekir - damlaların boyutu 100 mikrondan fazla olmamalı, süspansiyonun suya oranı, sürekli olarak hidrojen ve alüminyum hidroksitin çıkarılmasıyla ağırlıkça 1: 50-100 kısımdır.

Bu iyi bilinen karar bir prototip olarak verildi.

Yerli ve yabancı yayınların analizinden, şu anda bilinen yöntemlerin alüminyum ile su ile oksidasyonun tam olmasını sağlamadığı ve verimsiz olduğu anlaşılmaktadır. Ek olarak, bu yöntemlerde ağırlıklı olarak pahalı ultra ince alüminyum tozları ve aktifleştirilmiş alüminyum alaşımları kullanılır. İkincisinin hidrojen üretmek için kullanımı taviz vericidir, çünkü bunlar enerji tüketen ve verimsiz yöntemlerdir.

Mevcut buluş, mümkün olan en düşük enerji tüketimine sahip nihai ürünün yüksek saflığına sahip hidrojen ve alüminyum hidroksitleri aynı anda elde etmeyi sağlayan sürekli bir işlem için bir tesisin oluşturulmasına yönelik teknik sorunun çözülmesini amaçlamaktadır.

Bu durumda elde edilen teknik sonuç, saf hidrojen ve alüminyum oksidasyon ürünlerinin üretimini sağlayarak işlem karışımının güvenli bir sıcaklık rejimini koruyarak ve patlayıcı bir hidrojen oksijen karışımı karışımını ortadan kaldırarak operasyonel verimliliği ve verimliliği arttırmaktır.

Belirtilen teknik sonuç, ince bir şekilde bölünmüş alüminyum ve su tozunun karıştırılması için bir cihaz, suyun alüminyum ile kimyasal etkileşimi için bir reaktör ve ayrıca hidrojen içeren bir gaz karışımının salınması ve alüminyum oksidasyon ürünlerinin oluşumunun yanı sıra hidrojen içeren maddelerin çıkarılması için bir cihaz da dahil olmak üzere alüminyum hidroksit ve hidrojen üretme kurulumunda elde edilir. gaz karışımı ve alüminyum oksidasyon ürünleri, suyun alüminyum ile kimyasal etkileşimi için reaktör bir karıştırma cihazı ile donatılmıştır m ve reaktörün içinde bulunan süspansiyonun ultrasonik ışınlaması için bir cihaz.

Bu özellikler önemlidir ve belirtilen teknik sonucu elde etmek için yeterli kararlı bir dizi temel özellik oluşumu ile bağlantılıdır.

Mevcut buluş belirli bir örnekle açıklanmaktadır, ancak bu sadece mümkün değildir, ancak gerekli teknik sonucun yukarıdaki özellik kümesine ulaşma olasılığını açıkça göstermektedir.

Çizimde - alüminyum hidroksit ve hidrojen üretiminin bir akış diyagramı.

Mevcut buluş çerçevesinde alüminyum metal tozunun zayıf bir alkali çözeltide ultrasonik aktivasyonu ile sürekli bir yöntem için alüminyum metal tozunun zayıf bir alkali çözeltide sürekli bir modda ultrasonik aktivasyonu ile bir reaktörde alüminyum hidroksit üretiminin bir akış diyagramı gösterilmektedir.

Alüminyum hidroksit ve hidrojen üretmek için bir tesis, ince bölünmüş alüminyum ve su tozunun önceden belirlenmiş bir oranda karıştırılması için bir cihaz içerir; bu karışım, suyun hidrojenle gelişimi ve alüminyum oksidasyon ürünlerinin oluşumu ile birlikte suyun alüminyum ile kimyasal etkileşimi için bir reaktöre beslenir. Suyun alüminyumla kimyasal etkileşimi için reaktör, düşük basınçtan yapılır ve reaktörün içindeki süspansiyonun dönüşünün karıştırılması işlevi vardır ve dönme ile karıştırıldığında reaktör içindeki süspansiyon için ultrasonik bir ışınlama cihazı ile donatılmıştır. Hidrojen içeren gaz karışımının ve alüminyum oksidasyon ürünlerinin uzaklaştırılması için cihazlar, reaktörde elde edilen bitmiş ürünlerin taşıma akışlarını oluşturur.

Alüminyum ve hidrojen hidroksit üretmek için bir cihaz bir platform ölçeği 1, bir çözücü reaktör 2, bir reaktör 3, bir kondansatör 4, bir kurutma kolonu 5, bir temizleyici 6, bir filtre 7 (veya bir santrifüj), bir elektrikli fırın 8 (kurutucu) ve bir bilyalı değirmen içerir 9, ısı eşanjörü 10. Reaktör 3, bir basınç sensörü, reaktördeki bir çözelti sıcaklık sensörü, reaktördeki çözelti içindeki bir metal sensörü ve bir karıştırma cihazı ile donatılmıştır.

Belirli bir konsantrasyondaki elektrolit çözeltisi, bir çözücü reaktörde (2), platform terazileri (1) tarafından ölçülen katı alkali miktarının deiyonize su içinde çözülmesi suretiyle hazırlanır. Hazırlanan çözelti reaktöre verilir, aynı zamanda dozaj pompası vasıtasıyla reaktöre bir su-alüminyum süspansiyonu beslenir, bunun karışımı, reaktör içindeki oksitleyici filmi kırmak ve reaktör içindeki elektrolit sıcaklığı 65-70 ° olan ultrasonik ışınlamaya maruz kalır. S. Kimyasal reaksiyonlardan, nanodispersiyonlu alüminyum hidroksitten kaynaklanan ürün, filtre 7 üzerindeki elektrolitten yıkanır. İlk süzüntü, elektrolit çözeltisinin yeni bir kısmını hazırlamak için çözücü reaktöre 2 geri döndürülür. Filtre üzerindeki yükü azaltmak için, kolayca pıhtılaşmış çökeltiler, arıtıcı-temizleyici 6'daki süpernatandan ayrılır. Süpernatan, reaktör 2'de bir elektrolit çözeltisi hazırlamak için kullanılır. Filtre 7 yerine, bazen bir santrifüj kullanılması tavsiye edilir. Ürünün gerekli kurutulması ve kalsinasyonu elektrikli bir fırında (8) gerçekleştirilir. Isıl işlem sonucunda ürün akışkanlığını kaybederse, bir bilyalı değirmende (9) öğütülür. Cihaz 7, 8 ve 9 bir sprey kurutucu ile değiştirilebilir.

Oluşan hidrojen, su buharını, kurutma kolonunu (5) çıkarmak için bir yoğunlaştırıcıdan (4) geçer ve toplayıcıya gönderilir. Buhar kondensatı reaktöre geri gönderilir. Reaktöre eklenen suyu ısıtmak için, devrede bir ısı eşanjörü 10 bulunur.

Sürekli alüminyum hidroksit üretimini organize ederken, elektroliti gereken sıcaklığa ısıtmak için çözücü reaktörünün kılıfına su verilmelidir. Bunun için reaktörün 3 gömleğinde kullanılan ısı kullanılır.

Alüminyum hidroksit üretimi için geliştirilen donanım ve teknolojik şema, mevcut elektrokimyasal tesisler temelinde kolayca monte edilebilir. Hidrojen ve alüminyum hidroksitler üretme teknolojisi, 20 μm'den daha büyük olmayan bir tanecik boyutuna sahip, ince bir şekilde dağılmış bir alüminyumdan, bir ultrasonik ışınlama ünitesi vasıtasıyla reaktöre sürekli olarak beslenen, toz halinde bir alüminyum süspansiyonu hazırlanmasıdır. Reaktörün üst kısmından, elde edilen buhar-hidrojen karışımı, buharın yoğunlaştığı bir yoğunlaştırıcıya beslenir ve hidrojen, üst geçide veya tüketiciye kurutma sistemi yoluyla verilir. Alüminyum hidroksit reaktörün tabanından bir arıtıcı arıtıcıya giderilir. Hidrojen ve ultra ince alüminyum hidroksit üretme teknolojisi, şemaya göre sunulan kimyasal reaksiyona dayanmaktadır.

Tercih edilen göstergeler.

1. Basitlik, güvenilirlik ve analoglarla karşılaştırıldığında yürütmenin kompaktlığı.

2. 1 m 3 N ve 2 kg başına düşük enerji tüketimi ALOOH: ultrason - 500 W · h, pompa - 500 W · h.

Yöntemin yeniliği, sulu bir alüminyum tozu süspansiyonunun sürekli kontrollü bir tedarikiyle, suyun alüminyum ile kimyasal etkileşiminin meydana geldiği, hidrojenin evrimi ve alüminyum oksidasyon ürünlerinin (hidroksitler) oluşmasıyla birlikte ultrasonik aktivasyonunun gerçekleştirilmesidir. Genel olarak, geliştirilen yöntemde etkileyen faktörlerin bir kombinasyonunun kullanılması, saf hidrojen, alüminyum oksidasyon ürünlerinin üretimini sağlar, işlem karışımının güvenli bir sıcaklığını korur ve patlayıcı bir hidrojen oksijen karışımı karışımını ortadan kaldırır.

Alüminyumun aktivasyonu, endüstri tarafından üretilen alüminyum tozlarının ultrason ile ön işleme teknolojisine göre gerçekleştirilir.

Teorik hesaplamalar ve deneysel çalışmaların sonuçlarından, sulu ortamda 1 kg alüminyum yakıldığında, termal enerji (17.1 MJ) ile birlikte, büyük miktarda yüksek saflıkta hidrojen (1.165 nm 3) serbest bırakılır ve 2 kg'dan fazla nanokristalin alüminyum hidroksitler oluşur, pazar maliyeti kg başına 50-400 dolar.

Bu, küçük boyutlu ve otonom gaz kaynak üniteleri de dahil olmak üzere otonom, yüksek performanslı ve enerji tasarruflu gaz üreten cihazlarda hidrojen üretmek için bu işlemi kullanmanızı sağlar.

Üretilen hidrojen, termal ve sevk sistemlerinde yakıldığında, enerji verimi (30.57 MJ / kg), başlangıç \u200b\u200byakıtı alüminadan (26.3 MJ / kg) rejenere etme maliyetini aşar. Enerji, başlangıç \u200b\u200bbileşenlerinin (alüminyum ve su) tamamen yenilenmesi sırasında, toksik bileşenlerin atmosfere yayılması olmadan sağlanır.

Alüminyumun yanmasındaki 1 MJ enerjinin özgül maliyeti ve ardından alüminyum oksidin elektrolizi ile rejenerasyonu, benzinlerin yakılması ve hidroelektrik ile karşılaştırıldığında önemli ölçüde daha düşüktür.

Yanma ve rejenerasyon döngülerinin enerji dengesi, salınan hidrojenin atmosferik oksijen tarafından suya yakılmasından dolayı enerjinin yaklaşık% 16'sında bir kazanç sağlar. Bu nedenle, başlangıç \u200b\u200breaktiflerinin (alüminyum ve su) tamamen yenilenmesiyle, hidrokarbon yakıtı (0.007 $) yakmaktan ekonomik olarak daha karlı olan 1 MJ - $ 0.0015 maliyetinde özerk bir şekilde termal enerji sağlamak mümkündür.

Alüminyum enerji teknolojileri, çeşitli enerji cihazlarında ve aynı zamanda piyasa değeri 1 kg için 150 ila 400 $ arasında olan hidrojen ve yüksek saflıkta yüksek oranda dağılmış alüminyum oksit üretimi için, 1 kg için 1,5-2 $ kaynak alüminyum maliyeti ile kullanılabilir.

Bu nedenle, mevcut buluş, yöntemi toz halinde alüminyum süspansiyonunun ön hazırlığı ile sürekli bir modda gerçekleştirirken, belirli bir yapı ve hidrojenin alüminyum hidroksitlerinin ortak üretimine izin verir. Ortaya çıkan yöntem, atık olmayan, üretilebilirlik ve yüksek verimlilik ile çevre güvenliği ile karakterizedir.

BULUŞUN ÖZETİ

Hidrojen içeren gaz karışımının ve alüminyum oksidasyon ürünlerinin oluşumunun yanı sıra, hidrojen içeren gaz karışımı ve alüminyum oksidasyon ürünlerinin çıkarılması ile birlikte, ince bölünmüş alüminyum ve su tozunun karıştırılması için bir cihaz, suyun alüminyum ile kimyasal etkileşimi için bir reaktör içeren alüminyum hidroksit ve hidrojen üretmek için tesis suyun alüminyum ile kimyasal etkileşimi için reaktörün bir karıştırma cihazı ve bir ultrasonik cihaz ile donatılmış olması reaktörün içinde bulunan süspansiyonun radyasyonu.

Woodall, keşfin ayrıntılarını anlatan üniversite sempozyumunda “Hidrojen sadece gerektiğinde üretildiğinden tam olarak ihtiyacınız olduğu kadar üretebilirsiniz” dedi. Bu teknoloji, örneğin, portatif acil durum jeneratörleri, çim biçme makineleri ve testereler gibi çeşitli uygulamalardaki küçük içten yanmalı motorlarla birlikte kullanılabilir. Teorik olarak, otomobillerde ve kamyonlarda kullanılabilir.

Alüminyum ve galyum alaşımından yapılmış bilyelere su eklendiğinde hidrojen kendiliğinden salınır. “Aynı zamanda, katı bir alaşımdaki alüminyum su ile reaksiyona girerek oksijeni moleküllerinden uzaklaştırıyor” diyor Woodall. Buna göre, geri kalan hidrojen çevredeki boşluğa salınır.

Galyumun varlığı, reaksiyonun geçişi için kritiktir, çünkü oksitlenmesi sırasında alüminyumun yüzeyinde bir oksit film oluşumunu önler. Böyle bir film genellikle bir bariyer görevi gören alüminyumun daha fazla oksidasyonunu önler. Oluşumu ihlal edilirse, reaksiyon tüm alüminyum tüketilene kadar devam edecektir.

Woodall, 1967 yılında yarı iletken endüstrisinde çalışırken sıvı alüminyum-galyum alaşımı ile bu süreci keşfetti. “Galyum ve alüminyum alaşımı içeren potayı temizledim” diyor. “Oraya su eklediğimde güçlü bir pamuk oluştu. Ondan sonra laboratuvara emekli oldum ve tam olarak ne olduğunu birkaç saat çalıştım. ”

“Galyum, düşük bir sıcaklıkta eridiği ve alüminyum ile çözündüğü için su ile reaksiyona girmeyi mümkün kılan gerekli bir bileşendir. - Woodall'ı açıklıyor. “Katı alüminyumun su ile etkileşmediği iyi bilindiği için bu beklenmedik bir keşifti.”

Nihai reaksiyon ürünleri galyum ve alüminadır. Hidrojenin yanması su oluşumuna yol açar. “Böylece, hiçbir toksik emisyon elde edilmiyor,” diyor Woodall, “Galyumun reaksiyona karışmadığına dikkat etmek önemlidir, böylece bertaraf edilebilir ve tekrar kullanılabilir. Bu önemlidir, çünkü şimdi bu metal alüminyumdan çok daha pahalıdır. Bununla birlikte, eğer bu süreç yaygın olarak kullanılmaya başlarsa, madencilik endüstrisi daha ucuz düşük dereceli galyum üretebilecektir. Karşılaştırma için, şu anda kullanımda olan tüm galyum yüksek derecede saflaştırılmıştır ve esas olarak yarı iletken endüstrisinde kullanılmaktadır. ”

Woodall, içten yanmalı motorlarda benzin yerine hidrojen kullanılabileceğinden, tekniği otomobil taşımacılığında kullanmak mümkün olduğunu söylüyor. Bununla birlikte, teknolojinin benzinle rekabet edebilmesi için, alüminayı azaltma maliyetini azaltmak gerekir. “Şu anda, bir pound alüminyumun maliyeti 1 dolardan fazla ve bu nedenle galon başına 3 dolarlık bir fiyata benzine eşdeğer hidrojen miktarını alamıyorsunuz,” diye açıklıyor Woodall.

Bununla birlikte, elektroliz ile oksitten elde edilirse alüminyumun maliyeti azaltılabilir ve bunun için elektrik veya ile gider. Bu durumda, alüminyum hemen yerinde üretilebilir ve elektriği aktarmaya gerek yoktur, bu da toplam maliyetleri azaltır. Ek olarak, bu tür sistemler, nükleer santraller inşa edilirken özellikle önemli olan uzak alanlarda bulunabilir. Woodall'a göre bu yaklaşım, benzin kullanımını azaltacak, kirliliği ve petrol ithalatına bağımlılığı azaltacaktır.

“Biz buna alüminyum bazlı hidrojen enerjisi diyoruz,” diyor Woodall, “ve içten yanmalı motorları hidrojene dönüştürmekte zorlanmayacak.” Gerekli olan tek şey yakıt enjektörlerini hidrojen ile değiştirmek. ”

Sistem ayrıca yakıt hücrelerine güç sağlamak için de kullanılabilir. Bu durumda, günümüzün yüksek alüminyum maliyetinde bile benzinli motorlarla rekabet edebilir. “Yakıt hücresi sistemlerinin verimliliği% 75, içten yanmalı motor% 25'tir” diyor Woodall, “Bu nedenle, teknoloji yaygın olarak kullanılabilir hale gelir gelmez hidrojen geri kazanım tekniğimiz ekonomik olarak uygulanabilir hale gelecek.”

Bilim adamları, alüminyumun enerji üretimi için değerini vurgular. “Çoğu insan içinde ne kadar enerji bulunduğunu bilmiyor,” diye açıklıyor Woodall, “Serbest bırakılan hidrojeni yakarken her pound (450 gram) metal 2 kW * saat verebilir ve aynı miktarda ısı formunda enerji verebilir. Böylece, alüminyum alaşımı (yaklaşık 150 kg) toplarla dolu bir tanka sahip ortalama bir araba yaklaşık 600 km sürecek ve 60 dolara mal olacak (daha sonra alüminyum oksidin atılacağı varsayılmaktadır). Karşılaştırma için, tanka gaz koyarsam, her pounddan 6 kW * saat alacağım, bu da bir pound alüminyumdan 2,5 kat daha fazla enerji. Başka bir deyişle, aynı miktarda enerji elde etmek için 2.5 kat daha fazla alüminyuma ihtiyacım olacak. Ancak, benzini tamamen hariç tutmam ve ABD'de bulunan ucuz bir maddeyi kullanmam önemlidir. ”