Электрификация

Справочник домашнего мастера

Галлий и алюминий

На Земле заканчиваются вещества, необходимые для производства смартфонов

Периодическая таблица XXI века

Запасы некоторых химических элементов, которые используются для производства смартфонов, будут исчерпаны на Земле в ближайшие 100 лет. К числу этих элементов относятся иттрий, галлий, мышьяк, серебро, индий и тантал. Такие данные приведены в периодической таблице химических элементов, составленной учеными Сент-Эндрюсского университета в Шотландии и опубликованной на сайте Daily Mail. Как шутят составители таблицы, они обновили таблицу Менделеева под реалии XXI века.

В таблице отмечены элементы, которые находятся под угрозой исчезновения в ближайшие сто лет, а также те, запас которых в принципе ограничен на планете. Отдельно были отмечены элементы, для которых возрастает риск исчезновения в связи с активным использованием человеком. Одновременно с этим ученые пометили те элементы, которые необходимы для производства смартфонов, и при первом же взгляде на таблицу становится очевидно, что большая часть из них рано или поздно закончатся на Земле.

Согласно таблице, активное использование человеком повышает риск исчезновения кобальта и диспрозия, которые используется при изготовлении смартфонов. К элементам, запас которых ограничен в природе, и которые тоже нужны для производства мобильных устройств, ученые отнесли литий, магний, фосфор, никель, медь, сурьму, свинец, неодим, вольфрам, олово и золото.

Из используемых в смартфонах элементов в природе в неограниченном количестве имеются только калий, бром, лантан, празеодим, европий, галолиний и тербий.

Комментарии ученых

Для производства смартфонов необходимо около 30 химических элементов, сообщают составители таблицы. Учитывая, что в одном только Евросоюзе каждый месяц пользователи выбрасывают или заменяют около 10 млн смартфонов, возникает вопрос, надолго ли хватит природных запасов некоторых элементов для дальнейшего производства подобной техники. При этом некоторые элементы не подлежат полной переработке, предупреждают ученые.

Ученые в Шотландии создали периодическую таблицу исчезающих элементов

Как отмечает профессор Сент-Эндрюсского университета Дэвид Коул-Гамильтон (David Cole-Hamilton), все в природе состоит из 90 химических элементов, причем количество некоторых из них ограничено, а некоторые настолько активно используется человеком, что человечество может остаться без них уже в ближайшие 100 лет. «Многие из этих элементов под угрозой исчезновения, так что — вам действительно нужно менять телефон каждые два года?», — спрашивает ученый.

Таблица была создана в рамках проекта Европейского химического общества (EuChemS), куда входят более 160 тыс. химиков из более чем 40 различных химических сообществ и организаций. Создание «смартфонной» таблицы периодических элементов приурочено к юбилею таблицы Менделеева, работу над которой Дмитрий Менделеев начал в 1869 г. после открытия соответствующего закона.

LED и потерянные ресурсы

Сергей Михайлович Комаров,
кандидат физико-математических наук
«Химия и жизнь» №11, 2014

Для того, чтобы что-то очистить, надо что-то испачкать.
Но можно перепачкать все, ничего при этом не вычистив.

Третий закон экологии

Большинство электронных материалов, созданных в XX веке, требуют применения редких и рассеянных элементов. Например, светодиод белого света, в основе которого — синий светодиод Накамуры — Акасаки — Хироси, лауреатов Нобелевской премии по физике 2014 года. Его полупроводниковое сердце содержит галлий и индий в соотношении примерно один к двум. Еще там есть алюминий. Все это закреплено на подложке из сапфира, к которому подведены медные контакты. Присутствует золотая проволочка, соединяющая катод и анод. Синий свет надо преобразовать в белый; это делает люминесцентный слой на основе иттрий-алюминиевого граната с добавками гадолиния. Он дает так называемый холодный белый свет с сильной синей компонентой. Чтобы сделать его теплым, приходится добавлять европий, излучающий в красной области спектра, а также церий. В сумме свет получится желтоватым, как от солнца или вольфрамовой спирали в привычной лампе накаливания.

Очевидно, что через некоторое время — когда будет выработан ресурс светодиода (который достаточно велик — до 50 тысяч часов) или ресурс светильника — все эти элементы окажутся на свалке. Дальше у них два пути: погребение на мусорном полигоне либо переработка, — эти элементы извлекут, разделят и снова пустят в производство. Пока что вторым путем идет лишь малая толика редких элементов: только у 20 из них, как правило, многотоннажных продуктов черной и цветной металлургии, степень возврата превышает 25%. Терять же редкие элементы жалко, ведь их не так просто добывать, а кроме того, рынок многих из них сейчас монополизировала КНР. Недаром в ЕС принята директива по обеспечению снабжения местной промышленности четырнадцатью критическими элементами. Это кобальт, галлий, германий, индий, платиноиды, редкие земли и тантал. Практически все они содержатся в электронном и электрическом мусоре. И прежде всего в телевизорах, компьютерах, смартфонах, планшетах, а теперь еще и в светодиодах.

Специалисты из дармштадского отделения Института прикладной экологии во главе с Маттиасом Бухертом по заказу правительства земли Северный Рейн-Вестфалия в феврале 2012 года попытались проанализировать, какие элементы в каких отходах содержатся и как все это можно перерабатывать. Доклад был написан на основе потребления бытовой электроники населением Германии, но если исходить из того, что такое потребление определяется доходами граждан (а об их уровне, в свою очередь, обычно судят по доле валового национального продукта, приходящегося на душу населения), то можно представить себе и масштабы проблемы в любой другой стране, сделав соответствующий перерасчет. Вот какие результаты они получили.

Первая группа — жидкокристаллические дисплеи, плоские телевизоры и плазменные панели. Во всех этих изделиях есть прозрачный электрод площадью с экран, сделанный из оксида индия с добавками олова. Если жидкий кристалл подсвечивают белые неорганические светодиоды, как в большинстве бытовых дисплеев, то электродов два, если органические диоды — то один. В первом случае индий, а также галлий, иттрий, европий и прочие элементы входят в состав самих светодиодов, число которых в телевизорах с большим экраном может достигать полутора сотен. В результате на один квадратный метр дисплея приходится от 464 до 864 мг индия, а в тонне дисплеев — в среднем 174 грамма индия. Микросхемы обязательно содержат драгоценные металлы: на один средний экран — 550 мг серебра, 150 мг золота и 40 мг платины. В динамиках есть магниты, а в них неодим, празеодим и немного диспрозия.

Посчитать, сколько этого добра ежегодно отправляется на свалку, можно, оценив объем продаж. В 2010 году в Германии купили 2,5 млн дисплеев для компьютеров и 8,3 млн. телевизоров. В дисплеях содержалось 1,3 т серебра, с полтонны золота, 200 кг индия, 100 кг платины и 32 кг иттрия, вес остальных элементов исчисляется килограммами и менее. В телевизорах же, экраны которых гораздо больше, серебра оказалось 4,7 т, индия — 2,2 т, золота — 1,1 т, 647 кг иттрия, 360 кг палладия. Европия, лантана, тербия и галлия — десятки килограммов.

У компьютеров ценные элементы содержатся в батарейках, жестких дисках и микросхемах, а у ноутбуков — еще и в дисплеях, которые не были учтены в предыдущем расчете. В батарейках главная ценность — кобальт, входящий в состав электродов. Жесткие диски — это магниты на основе уже упомянутых неодима, празеодима и диспрозия, эти же элементы есть и в динамиках. В микросхемах помимо золота, серебра и платины присутствует еще и тантал в виде компактных электрических конденсаторов. Всего в одном ноутбуке (их сейчас продается больше всего) содержится 438 мг серебра, 104 мг золота и 39 мг палладия. Кобальта — 50 г, тантала — 1,7 г, 2,1 г неодима, 274 мг празеодима и 60 мг диспрозия. Индий, галлий, иттрий опять же содержатся в дисплеях ноутбуков. Всего в 2010 году в Германии продали немногим более 7 млн ноутбуков, стало быть, это 460 т кобальта, 15 т неодима, 12 т тантала, 3 т серебра и 2 т празеодима. Золота — 736 кг, диспрозия — 426 кг, индия и палладия примерно по 280 кг. Иттрия, платины, галлия — десятки килограммов.

Следующий тип массовых устройств — смартфоны. В килограмме смартфонов содержится 350 мг серебра, 30 мг золота и 11 мг палладия. Между прочим, последнего — примерно в десять раз больше, чем в той руде, из которой его извлекают. Однако имеется проблема со сбором смартфонов: в специализированные центры по переработке попадает не более 5% выброшенных устройств. Остальные оказываются в несортированном мусоре. Кобальта в батарейках — от 3 до 6 граммов, 60 мг неодима с празеодимом — в динамике. В дисплее, естественно, есть индий и олово. Умножая на 7,7 млн. смартфонов, проданных в Германии в 2010 году, получаем 48,5 т кобальта, 2,4 т серебра, 385 кг неодима и 230 кг золота.

А теперь переходим к светодиодам, используемым для освещения. В одном белом светодиоде находится 29 мкг индия, 32,5 мкг галлия, 32 мкг иттрия, 15 мкг гадолиния, 2 мкг церия и 0,6 мкг европия. Сейчас светодиоды не стали основным источником света, однако не исключено, что в ближайшем будущем они вытеснят если не всех конкурентов, то, по крайней мере, многих, кроме разве что энергосберегающих люминесцентных, которые по световой эффективности сейчас выигрывают у светодиодов. Так, в лабораторных условиях светодиоды могут выдавать 200–250 люменов на ватт мощности, в то время как лампа накаливания — всего 10–20 лм/Вт. Однако у промышленно изготавливаемых светодиодов эффективность меньше: 20–90 лм/Вт. У люминесцентных же ламп — 60–110 лм/Вт.

Сколько же светодиодов понадобится немцам? Посчитать это можно, исходя из того, что в развитых странах на освещение одного квадратного метра расходуется от 315 (в США) до 515 (в Японии) люменов. При средней площади дома 90 кв. м в Германии или 160 кв. м в США получается 40–50 тысяч люменов на дом. В Германии примерно 40 миллионов домов. Отсюда получается потребность в 1,6 трлн люменов, или, с учетом того, что один светодиод дает примерно 10 люменов, — 160 млрд. светодиодов для замены всех ламп. При столь радикальном подходе потребуется несколько тонн индия, галлия, иттрия и гадолиния. Через некоторое время (декларируемые 50 тысяч часов — это примерно две тысячи суток, или семь лет непрерывной работы) светодиоды будут ломаться, их станут выбрасывать, видимо, примерно по 20–25 млрд. штук в год (если их все надо обновлять за семь лет) в одной Германии. Это сотни килограммов редких элементов — вполне сравнимо с телевизорами и компьютерами.

А хватает ли ресурсов для того, чтобы делать эти огромные количества светодиодов? Оценки перспектив имеются, хотя разброс их велик, поскольку эксперты прогнозируют в 2020 году объем мирового производства 45–165 млрд. штук в год. При этом оценки производства даже для 2010 года не очень точны. Однако некоторые границы обозначить можно. Например, галлия из 161 т годового производства в 2010 году на изготовление светодиодов пошло 0,75–1,56 т, а в 2020-м будет 1,46–5,34 т. Индия соответственно из 574 т — 0,678–1,38 и 1,3–4,76 т, европия (400 т) 14–29 кг и 27–99 кг, гадолиния (4000 т) 347–720 и 674–2470 кг, иттрия (8900 т) 7839–1540, 1440–5600 кг. В общем, нельзя сказать, что очень уж много, разве что на европий может прийтись четверть годового производства этого элемента, но в связи с прекращением производства электронно-лучевых трубок, где европий использовали для красного цвета, его производство простаивает.

Тем не менее вернуть назад в производство все эти тонны и сотни килограммов элементов было бы заманчиво. К сожалению, пока это невозможно.

Лучше всего перерабатывать крупные вещи, которые выгодно разбирать на компоненты. Так, у ноутбуков отделяют батарейки и экраны. А все остальное, равно как и телевизоры, и смартфоны, размалывают. Батарейки и дисплеи также размалывают, но отдельно от компьютеров. Из батареек извлекают кобальт и никель, причем это удается очень хорошо — спасают до трех четвертей кобальта. Дисплеи перерабатывают главным образом для извлечения вредной ртути, удаляя вручную соответствующие компоненты.

Диски и динамики не достают и не перерабатывают, поскольку такие технологии еще не созданы. Точно так же, никто не вырезает с материнских плат танталовые конденсаторы. Все это отправляется в размол. А из полученных осколков извлекают лишь драгоценные металлы — их относительно много, и они дороги. Все же остальное отправляется в отвалы, например в шлак металлургического процесса.

Маленькие светодиоды никто не собирает, и вряд ли когда-нибудь начнут. Экономическая эффективность подобных мероприятий неочевидна, и большого вреда окружающей среде они не приносят — в данном случае, к сожалению: если бы приносили, как люминесцентные лампы или батарейки, сознательные граждане и организации стремились бы наладить сбор даже за свой счет. Кроме того, не отработана и сама технология разложения светодиода на элементы. Впрочем, даже с извлечением драгметаллов из электрического лома не все так замечательно: при переработке в Германии их удается спасти не более четверти. Видимо, нужно нечто радикальное, что исключило бы сложные химические процессы и ручную сортировку мусора, из-за которых сортировка нерентабельна. Например, действия в рамках изотопной экономики, когда отходы превращают в плазму, а потом разделяют ее с помощью ускорителей (см. «Химию и жизнь», 2008, №1). Но к такому радикальному средству может подвигнуть только жесткая необходимость, когда и если она возникнет.

Ртуть и алюминий

Существует много причин, по которым не нужно иметь дело с ртутью ни при каких обстоятельствах. Мало того, что она токсична и может привести к эмоциональным и умственным расстройствам человека, так она еще может привести к разрушению алюминиевой конструкции самолета и авиакатастрофе! Как такое может быть?

Оксид алюминия и железная ржавчина

Алюминий в наше время применяют везде: от пивных банок до самолетов. Дело в том, что алюминий является хорошим выбором между другими материалами для многих ситуаций. Он легкий, прочный и имеет покрытие, сравниться с которым по твердости может только алмаз. Железо – точнее сталь – обладает большой прочностью и пока не заменимо, например, в строительстве. Однако, если заставить это железо-сталь летать на морем каждый день, то оно быстро заржавеет. Когда железо ржавеет, это оно соединяется с кислородом. При этом железо превращается в легкие, красные хлопья, которые легко счищаются с поверхности железа. В отличие от железа алюминий при взаимодействии с кислородом образует оксид алюминия – невероятно твердое вещество, которое очень трудно поцарапать.

То резкое различие поведения железа и алюминия при взаимодействии с кислородом только подтверждает эту мысль, что «химия – это колдовство». Оксид алюминия не отслаивается от алюминия, как ржавчина от железа. Наоборот, пленка из оксида алюминия герметизирует оставшийся алюминий и предотвращает дальнейшее его «ржавление». Это – то, что надо для алюминиевой конструкции, которая летает в воздухе и, часто, над морями-океанами.

Ртуть и свежий алюминий

Ртуть разбивает всю это прекрасное совершенство алюминия. Или, по крайней мере, может разбить, если попадет на алюминиевую деталь со свежей царапиной. Если это случается, то ртуть активно соединяется с алюминием, вырывая для этого его из алюминиевой конструкции. Конечно, когда алюминий и ртутная амальгама попадают на воздух, то алюминий тут же соединяется с кислородом с образованием того же сверхпрочного оксида алюминия. Просто это все происходит не в том месте в виде растущих перьев и столбов, которые поднимаются их жидкой ртути.

Этот выход оксида алюминия из первичной царапины дает ртути возможность прорываться сквозь алюминий до тех пор пока вся ртуть не испарится в воздух. Поэтому даже небольшое количество ртути может причинить большие разрушения.

Как ртуть съедает алюминий

Ну, не на самом деле! Что ртуть действительно делает, так это проникает через защитный оксидный слой алюминия, дает возможность алюминию окисляться с очень большой скоростью. Ртуть дает возможность поверхности алюминия быть в постоянном контакте с воздухом и обеспечивает непрерывный процесс образования оксида алюминия. Это выглядит так, как будто, действительно, ртуть ест алюминий.

Конечно, в нормальных условиях этого не случается, так на открытой поверхности алюминия мгновенно образуется пленка оксида алюминия, которая защищает алюминий от дальнейшего окисления. Ртуть ингибирует процесс образования оксидной пленки и дает эту жутковатую картину поедания алюминия ртутью, которая показана .

Механизм реакции

Механизм реакции алюминия с ртутью весьма сложен. Происходит спонтанная реакция между пленкой ртути, алюминием, влагой и кислородом из воздуха (рисунок). В то время как ртуть не растворяется в алюминии, алюминий незначительно растворяется в ртути (0,002 % при комнатной температуре). Когда ртуть смачивает поверхность алюминия, она поддерживает эту поверхность в активированном состоянии, так на ней не может образовываться оксидный слой. Алюминий будет растворяться в ртути и окисляться в контакте с воздухом .

В ходе этой реакции не происходит расхода ртути, поэтому один раз начавшись, она, в принципе, никогда не остановится .

Рисунок – Воздействие ртути на алюминий

Химия взаимодействия алюминия и ртути

Если на алюминии отсутствует оксидный слой, то ртуть образует с ним амальгаму – сплав алюминия со ртутью. Свежий алюминий с амальгамой на его поверхности бурно реагирует с влагой в воздухе – реагирует очень активно, особенно в дни с высокой влажностью :

Al(т) + 3H2O(ж) => Al(OH3)(т) + 3/2H2(г)
H = -418 кДж/моль.

В результате этой реакции алюминия с водой образуется гидроксид алюминия, который растет в виде перьев. До тех пор, пока не закончится весь алюминий или вся ртуть в амальгаме не уйдет с продуктами реакции.

Как и большинство спонтанных процессов, образование гидроксида алюминия является экзотермической реакцией и идет с повышением температуры. Температура быстро достигает максимума, а затем реакция может еще продолжаться несколько часов.

Ртуть на алюминии – оружие диверсантов

Говорят, что во Вторую Мировую войну диверсанты пытались повреждать вражеские самолеты, размазывая по ним ртуть. Более достоверными выглядят истории о том, как кто-то разламывал ртутный термометр на чем-то алюминиевом, например, на алюминиевой скамейке в парке. На следующий день, говорят, можно было видеть огромные дыры, которые ртуть проедала в этой скамейке.

Так или иначе, например, на американских авиалиниях запрещено провозить больше одного бытового ртутного градусника, а другие приборы с ртутью перевозятся с большой осторожностью.

описание Приготовление амальгамы алюминия

07 июн 2015 07:12
Приготовление амальгамы алюминия (с иллюстрациями) — Как правильно сделать амальгаму алюминия? Фото.
источник: архив форума mpab. статья восстановлена из оригинала, последующее обсуждение на форуме опущено.
23.11.2007, 19:45
Willie
ПОЛУЧЕНИЕ АМАЛЬГАМЫ. КАК СДЕЛАТЬ АМАЛЬГАМУ?
Давно собирался написать отдельной статьей, как знойные мулатки под чутким руководством бабы Нюры делают амальгаму. Отпочковал кусок от «Синтеза метамфетамина aka первитина на фольге», немного подредактировал и выложил его отдельным тредом. Амальгама используется также при синтезе амфетамина и других фенэтиламинов. Читайте, сравнивайте ход процесса с тем, что получается у вас.
1. ПОДГОТОВКА ПРАВИЛЬНОЙ АМАЛЬГАМЫ АЛЮМИНИЯ
Установлено, что необходимым условием успеха реакции восстановления на фольге является правильно сделанная амальгама. Важность правильной подготовки амальгамы исключительна: если у вас что-то не получилось при восстановлении — первым делом проверьте, правильно ли вы сделали амальгаму. В ней — до 70% успеха, скажу без преувеличения.
Чем «правильная» амальгама отличается от «неправильной»? Нормально амальгамированный алюминий реагирует почти весь и достаточно быстро. При восстановительном метиламинировании экзотерма существенно меньше, реакция протекает гораздо спокойнее и дольше, и при плохой амальгаме довести ее до конца без потерь — занятие не простое и не быстрое: она просто-напросто затухает.
Секрет хорошей амальгамы прост, как грабли:
— не жалеть соли ртути;
— не лениться перемешивать;
— не спешить с промывкой.
Алюминивую фольгу (продается в рулонах как фольга для запекания) рвут на полоски шириной 2…3 см, полоски складывают впятеро и рвут на квадратные кусочки. Резать хуже тз-за того, что загибаются края и кусочки слипаются между собой. «Рваклю» помещают в плоскодонную литровую колбу. Дальше работают только в перчатках! Готовят раствор соли ртути в воде комнатной температуры, заливают раствор в колбу с кусочками фольги и закрывают обратным холодильником (для пущей безопасности и чтоб удобно было перемешивать). Категорически запрещается курить и пользоваться открытым огнем: водород в смеси с воздухом образует гремучий газ, который легко взрывается от искры! Начинается реакция амальгамирования, сопровождающаяся помутнением раствора, выделением водорода и легкой экзотермой (выделением тепла). Колбу периодически перемешивают встряхиванием.
Через 10…20 минут (как правило, на 15 минуте) амальгама готова. По видимому, наилучший момент для промывки и запуска основной реакции есть тот, когда примерно 3…5% алюминия уже прореагировало и образовало заметный на глаз осадок, шлам. Еще одно наблюдение: если соли ртути недостаточно, то пузырьки газа какие-то крупные, в то время, как при удачном количестве они мелкие и очень равномерно образуются. Придерживаясь этих несложных правил, удалось снять вопрос качества амальгамы с повестки дня.
Для удаления ядовитых солей ртути баба Нюра настоятельно рекомендует амальгаму промывать. Если этого не делать, реакция идет не намного лучше, но такой подход требует повышенной аккуратности вплоть до выделения соли.
2. ИЛЛЮСТРАЦИИ К ПРОЦЕССУ АМАЛЬГАМИРОВАНИЯ
Чтобы дать Юным Химикам представление о том, что их ожидает, баба Нюра разрешила прикрепить фотографии процесса. Смотрим и запоминаем, как выглядит правильно приготовленная амальгама алюминия в исполнении мэтров жанра.
2.1. Нитрат ртути, покупной:

Приготовление амальгамы. Нитрат ртути (соль ртути) для реакции.
2.2. Так выглядит фольга, потребная для амальгамирования:
Синтез амальгамы алюминия. Фольга для амальгамирования.
2.3. Кусочки фольги, более детальный вид:
Получение амальгамы. Подготовка к синтезу, кусочки фольги.
2.4. Колба закрывается обратным холодильником, процесс пошел!
Изготовление амальгамы алюминию (Al/Hg). Начало процесса.
2.5. Первые 5 минут после заливки раствора соли ртути, видны первые пузырьки газа, цвет жидкости становится серым:
Как сделать амальгаму из фольги? Амальгама алюминия, синтез.
2.6. Выделение атомарного водорода возрастает, заметны равномерные мелкие пузырьки газа, выделяющиеся в колбе:
Амальгама алюминия, фото методики. Как получить амальгаму?
2.7. Муть на фотке — это не деффекты камеры, это те самые пузырьки водорода, какими они должны быть в идеале. То же самое, крупный вид:
Методика синтеза алюминивой амальгамы. Выделение водорода.
2.8. Амальгама готова. Мало отличается от предыдущего вида, но если присмотреться, заметна небольшая кучка шлама на дне и общее изменение окраски жидкости:
Как определить готовность амальгамы? Получение амальгамы Al/Hg.
2.9. Готовность амальгамы, вид покрупнее. Следует обратить внимание на серый налет на поверхности колбы выше уровня жидкости — это не что иное, как шлам, попавший туда в результате интенсивного перемешивания.
Производство амальгамы алюминия из бытовой фольги и соли ртути.
Амальгама готова, пора срочно закладывать реактивы!
3. КАК ОПРЕДЕЛИТЬ ГОТОВНОСТЬ АМАЛЬГАМЫ?
Баба Нюра рекомендует простой и надежный способ, как определить, когда процесс амальгамирования достиг нужной интенсивности. Для этого она резким движением плескает на станку колбы жидкость, которая там, внутри, и смотрит, как она стекает.
Если стекает, как жидкая водичка — значит, надо держать дальше. Если же стекает, как чуть вязкая среда, и при этом на внутренней поверхности колбы остается след типа грязи из мелких кусочков шлама — значит, амальгама готова, и пора ее промывать и пускать в дело. Сравните фотки: на последней видно, что жидкость приобрела характерный оттенок и в ней уже много шлама, раз она становится густоватой, стекает со стенки колбы не так быстро и со следами.
Еще одно золотое правило: амальгаму лучше передержать, чем недодержать. При этом значительно быстрее и чище проходит последующая реакция восстановления, и не надо долго ждать, когда все кусочки прореагируют на этапе щелочения (после восстановления).
4. К ЮНЫМ ХИМИКАМ
Как и обычно, баба Нюра простит всех отважных экспериментаторов, пользующихся результатами ее трудов или другими источниками, тоже оставлять свой след в истории и писать, что и как у них получалось или не получалось. Любые, даже самые незначительные на первый взгляд дополнения и совершенствования могут послужить толчком к разработке более революционной технологии, как уже это не раз бывало. Результаты дальнейших манипуляций с амальгамированной фольгой и биотесты того, что получилось, также представляют интерес, но это тема совсем других топиков.

ПОЛЕЗНЫЕ ССЫЛКИ
Синтез сульфата амфетамина (фенамина) — видео
Изготовление сульфата амфетамина дома за ночь — видео + текст + фото
Синтез фенамина (амфетамина) без ИПС с фото
Метамфетамин на фольге + иллюстрации
Каша из топора, или совсем кухонный амфетамин
Химия на форуме

Химический опыт: реакция жидкого галлия и алюминия


Продолжим тематику химических опытов. В этом материале представим вашему вниманию обзор химического опыта с использованием довольно интересного металла, который называется галлий.
Начать советуем с просмотра авторского видеоролика
Нам понадобится:
— галлий;
— алюминиевый радиатор от компьютера;
— алюминиевая фольга.

Начнем с первого опыта, в котором можно увидеть, как именно галлий создает амальгамы с другими металлами. Для этого берем алюминиевый радиатор от компьютера и капаем на него примерно 2 грамма галлия.

Чтобы галлий быстрее прореагировал с алюминием нужно поцарапать его поверхность канцелярским ножом.

При амальгамировании галлий проникает в кристаллическую решетку алюминия, нарушая тем самым его структуру. При этом сам алюминий становится очень хрупким как стекло. Для получения желаемого эффекта, нужно оставить алюминиевый радиатор пропитываться галлием на пару дней.

Спустя примерно два дня можно слить остатки не прореагировавшего галлия с алюминия. Теперь стоит приложить небольшое усилие, чтобы сломать алюминий. Если реакция длилась больше, то алюминий стал бы значительно более хрупким.



Перейдем ко второй части опыта. На этот раз нам понадобится алюминиевая фольга.
Берем кусок фольги и складываем ее несколько раз. Далее нарезаем полученный кусок на небольшие кусочки. Засыпаем эти кусочки в емкости и капаем на них несколько капель жидкого галлия.
Теперь нужно сплавить галлий и алюминий с помощью перемешивания.
Со временем можно заметить, что куски алюминиевой фольги начинают растворяться в галлии, и алюминиевая фольга превращается в серебристую кашу. Эта каша является амальгамой алюминия и галлия.
По словам автора, у этой амальгамы есть необычное свойство: следует бросить ее в воду, чтобы наблюдать за образованием большого количества водорода. В основе такой реакции лежит то, что при сплавлении галлия и алюминия, первый компонент препятствует образованию защитной оксидной пленки на поверхности алюминия, а без этой пленки алюминий начинает бурно реагировать с водой, образуя водород и оксид алюминия.
Стоит также отметить, что в результате этой реакции галлий не расходуется. Его можно собрать и использовать повторно.
Автор опыта отмечает, что это свойство галлий-алюминиевого сплава запатентовала американская компания для получения водорода, однако проект не был реализован из-за высокой цены галлия. Доставка новых самоделок на почту

Получайте на почту подборку новых самоделок. Никакого спама, только полезные идеи!

*Заполняя форму вы соглашаетесь на обработку персональных данных

Становитесь автором сайта, публикуйте собственные статьи, описания самоделок с оплатой за текст. .

Алюминий (Aluminium)

Алюминий

Алюминий прочно вошёл в нашу жизнь:каждому с детства знакомы алюминиевая фольга, посуда, проволока. А ведь когда-то изделия из алюминия считались роскошью.Например, в 1852 г. килограмм металла стоил 1200 долларов – дороже золота! Почему же со временем цена на алюминий так упала? Ответ прост: алюминий широко распространен в земной коре (8%), уступая в этом лишь кислороду и кремнию. «Достаточно указать на то, что он входит в состав глины, чтоб ясно было всеобщее распространение алюминия в коре земной. «…Алюминий или металл квасцов (alumen), потому и называется иначе глинием, что находится в глине», — писал Д.И.Менделеев. Белая глина, или каолин Al2O3∙2SiO2∙2H2O, рождается при выветривании алюмосиликатов, например полевого шпата ортоклаза K2O∙Al2O3∙6SiO2, слюды K2O∙3Al2O3∙6SiO2∙2H2O, нефелина (Na, K)2O∙Al2O3∙2SiO2. Одновременно с глиной при этом образуются кварцевый песок SiO2, бокситы Al2O3∙2H2O и корунд Al2O3. Окрашенные кристаллы корунда – это широко известные драгоценные камни рубин и сапфир.

Наименование самого металла происходит от латинского названия квасцов (alumen – «горькая соль») KAl(SO4)2∙12H2O. Издревле квасцы использовались в качестве протравы при крашении тканей; об этом упоминает еще греческий историк Геродот. В 1754 г. немецкий химик А.С.Маргграф, действуя на раствор квасцов щелочью, получил осадок гидратированного оксида алюминия, названный им квасцовой землёй. Позднее эту землю стали именовать алюминой или глиноземом. Выделить из глинозема металл с помощью электролиза безуспешно пытался Г.Дэви: вещество практически не растворялось в воде. Удача улыбнулась датскому физику Х.К. Эрстеду: в 1825 г. путем нагревания безводного хлорида алюминия с амальгамой калия он впервые получил алюминий. Хлорид алюминия ученый синтезировал, пропуская хлор над нагретой смесью корунда с сажей: Al2O3 + 3C + 3Cl2 = 2AlCl3 + 3CO.

Каолин

Два года спустя данный метод усовершенствовал немецкий химик Ф.Вёлер, заменив амальгаму калия на чистый калий: AlCl3 + 3K = 3KCl + Al. Этого исследователя обычно и считают первооткрывателем алюминия, так как именно оЭтого исследователя обычно и считают первооткрывателем алюминия, так как именно он исследовал свойства нового металла. Способ , разработанный Вёлером, лёг в основу промышленного производства алюминия, с той лишь разницей, что вместо довольно опасного и дорогого калия стали использовать более дешевый натрий. Это позволило к 1856 г. снизить цену на металл до 75 долларов за килограмм.

В 1855 г. большой слиток «серебра из глины» (так назвали алюминий) был выставлен на Всемирной выставке в Париже. Новое падение цены на этот металл связано с внедрением электролитического метода, разработанного французским инженером П.Эру и американским инженером Ч.М.Холлом в 1886 г. Согласно этому методу, используемому и в настоящее время, расплаву подвергают не сам Al2O3 (tпл=2045 ̊ С), а его раствор в расплавленном криолите Na3AlF6. Процесс проводят в электрических печах при температуре около 960 ̊ С.

Необработанный кусок рубина

Чистый алюминий – лёгкий серебристо-белый металл (tпл=660 ̊ С), характеризующийся высокой пластичностью, тепло- и электропроводностью. При 100 – 150 алюминий настолько пластичен, что из него удается получить фольгу толщиной менее 0,01 мм. Алюминиевая фольга применяется в производстве конденсаторов и как обёрточный материал. Алюминиевые провода намного легче медных, что компенсирует меньшую электропроводность алюминия. Однако под действием тока места соединения таких проводов сильно нагреваются, провода подплавляются, из-за этого нередко случаются короткие замыкания и пожары.

Сплавы на основе алюминия сочетают лёгкость с высокой прочностью. Они используются в машиностроении, авиационной промышленности.

Алюмокалиевые квасцы

Помимо лёгкости алюминий имеет еще одно преимущество перед железом – он не ржавеет. Это объясняется тем, что алюминий надежно защищен с поверхности тончайшей пленкой оксида, которая предохраняет металл от дальнейшего окисления.

Из соединений алюминия наиболее широко применяются оксид, хлорид и сульфат. Кристаллический оксид (корунд) – основа искусственных рубинов и сапфиров; из него делают подшипники, лазеры. Безводный хлорид служит катализатором в органическом синтезе. Сульфат применяют для отчистки воды. Двойной сульфат калия и алюминия (квасцы), как и прежде, используется для протравы при окраске тканей, а также для дубления кож, проклейки бумаги, в медицине (вяжущее средство). Особо стоит отметить применение алюминия в металлотермии (алюмотермии) – процессе восстановления металлов из их оксидов.

Химические свойства алюминия

Реакция алюминия с йодом

Алюминий является активным металлов, сильным восстановителем. В ряду напряжений располагается сразу после щелочных и щелочноземельных металлов и магния. Но наличие защитной оксидной пленки на его поверхности затрудняет его взаимодействие со многими окислителями при обычных условиях.

При 25 алюминий образует с хлором, бромом и йодом соответственно хлорид, бромид и йодид.

2Al + 3Cl2 = 2AlCl3 2Al + 3I2 = 2AlI3

Реакции с фтором, кислородом, азотом, серой происходят при достаточно высоких температурах (алюминий обычно измельчают до порошкообразного состояния):

2Al + 3F2 = 2AlF3

2Al + N2 = 2AlN

4Al + 3O2 = 2Al2O3

2Al + 3S = Al2S3

В отличие от щелочных и щелочноземельных металлов, алюминий при обычных условиях не взаимодействует с водой, так как защищен плёнкой нерастворимого в воде оксида, но если его лишить защитной пленки, то он взаимодействует с водой, вытесняя из нее водород:

2Al + 6H2O = 2Al(OH)3 + 3H2

Эта пленка легко растворяется в растворах кислот и щелочей, поэтому не защищает алюминий от взаимодействия с ними:

2Al + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2

Al + 4HNO3 = Al(NO3)3 + NO + 2H2O

2Al + 2NaOH + 6H2O = 2Na + 3H2

Исключением являются концентрированные серная и азотная кислоты, в которых алюминий пассивируется. Явление пассивации обусловлено тем, что эти кислоты-окислители способствуют упрочнению защитной пленки на поверхности алюминия.

Важным свойством алюминия является его способность восстанавливать некоторые металлы из их оксидов при высокой температуре. Этот способ получения металлов называется алюмотермией:

2Al + Cr2O3 = 2Cr + Al2O3

4Al + 3MnO2 = 3Mn + 2Al2O3

Галлий (Gallium)

Галлий

Галлий принадлежит к числу элементов, открытие которых было предсказано Д.И.Менделеевым. В 1871 г. ученый определил его место в периодической системе, описал основные свойства и даже предположил, что элемент откроют методом спектрального анализа. Слова великого химика оказались пророческими. Спустя несколько лет, в 1875 г., французский исследователь Поль Эмиль Лекок де Буабодран, изучая с помощью спектроскопа образцы минерала цинковой обманки ZnS, обнаружил спектр нового химического элемента и дал ему имя галлий в честь своей родины (Галлия – название римской провинции на территории современной Франции). Галлий принадлежит к числу редких и рассеянных элементов. Это мягкий серебристо-белый металл с синеватым оттенком, по свойствам напоминающий алюминий. Плавится галлий уже в теплой воде – при 29,8 . Столь низкая температура плавления обусловлена его молекулярным строением: в жидком металле сохраняются молекулы Ga2. Плавление галлия, как и льда, протекает с уменьшением объёма – это связано с сильной перестройкой структуры.

Почти весь производимый галлий идет на получение арсенида галлия GaAs – одного из полупроводниковых материалов.

Индий (Indium)

Индий в слитках

В 1863 г., исследуя с помощью спектроскопа цинковую обманку, директор Фрайбергской горной академии Ф.Райх и его ассистент Т.И.Рихтер обнаружили две линии интенсивного синего цвета, сходного с цветом красителя индиго. Эти линии принадлежали новому элементу, получившему наименование «индий» (от названия «индиго», которое в свою очередь происходит от лат. indikus – «индийский»).

Соединения индия встречаются в незначительном количестве в свинцово-цинковых и медных сульфидных рудах.

Чистый индий – пластичный серебристо-белый металл (tпл = 157 ), устойчивый на воздухе и настолько мягкий, что легко режется ножом.

Индий, как и галлий, используется для получения полупроводниковых материалов: InAs, InSb и др. Введение индия в кремний и германий улучшает их полупроводниковые свойства. Плёнки из оксида индия применяют в электронике в качестве прозрачных электропроводящих покрытий для экранов дисплеев, фотоэлементов.

Таллий (Thallium)

Таллий в запаянной ампуле

Подобно своим предшественникам по подгруппе, таллий тоже был обнаружен с помощью спектроскопа. Английский химик У.Крукс занимался извлечением селена из отходов сернокислотного производства. В 1861 г. учёный решил проанализировать собранную им пыль, содержащую селен, — он задался вопросом, нет ли в ней примеси теллура. Каково же было изумление Крукса, когда в спектроскопе он увидел незнакомую ему линию ярко-зеленого цвета, которая принадлежала новому химическому элементу. Его название происходит от греч. «таллос» — «зеленая ветка».

Таллий – это серебристо белый металл с голубоватым оттенком (tпл = 303 ). В отличие от алюминия, индия и галлия, оксидная пленка не спасает его от окисления: на воздухе он быстро темнеет, покрываясь тонким слоем оксида Tl2O. Хранят таллий, как и щелочные металлы, в керосине.

В своей подгруппе таллий стоит несколько особняком: наиболее устойчивы соединения этого элемента в степени окисления +1. Так, таллий медленно растворяется в разбавленной серной кислоте с выделением водорода и образованием бесцветного раствора сульфата таллия (I): 2Tl + H2SO4 = Tl2SO4 + H2. Действуя на этот раствор баритовой водой, удаётся получить гидроксид таллия (I): Tl2SO4 + Ba(OH)2 = BaSO4↓ + 2TlOH, который, подобно гидроксидам щелочным металлов, является сильной щелочью.

В природе соединения таллия содержатся в виде примесей к полиметаллическим рудам. Таллий и его соединения ядовиты. Смертельная для человека доза таллия составляет 600 мг. Симптом отравления – выпадение волос. Другим последствием может оказаться тяжелое нервное заболевание.

admin

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Наверх