Moje anorganická chemie je na základní úrovni, takže moje otázka zní, pokud ohřívám kysličník hlinitý ($ \ ce {Al2O3} $), na jeho teplotu tání kolem 2000 C, skončím s čistým Al? Myslím, že kyslík se uvolní z $ \ ce {Al2O3} $, když se teplota přiblíží 2000 C.
Koupil jsem 5 kilogramů od přítele, který pracuje v rafinérii poblíž mého města (pracuje v logistice a nemá chemické zázemí) s 1,75 $ téměř čistého oxidu hlinitého ~ 99,95% a chci vědět, jestli roztavím ten bílý prášek, dostanu 2,5 kg 99,95% hliníku?
Odpověď
Zjistili jste polovinu Hall-Heroultova procesu . Jen tavení oxidu hlinitého na jeho vlastní neuvolní kyslík. Důvod je obtížné vysvětlit, aniž bychom se dostali do chemické termodynamiky – jeden způsob, jak o tom přemýšlet, je ten, že nejnižší energetický stav je ten, kde je kyslík vázán na oxid hlinitý – kde jsou elektrony z oxidu hlinitého „přijímány“ kyslíkem. V diatomic kyslíku, elektrony jsou “sdílené” (vazby jsou kovalentní), a tak je celková energie vyšší. Toto je velmi krátké a ne příliš podrobné vysvětlení, ale konečným výsledkem je, že kyslík a hliník, pokud dostanou příležitost, by raději vytvořily vazbu než ne.
Když přidáte tepelnou energii, pokud mění tuto rovnováhu (nedochází k ní, přinejmenším ne, dokud nedosáhnete bodu tání), vše, co děláte, je, aby bylo více možné, aby k reakci došlo. Pokud jste pokračovali, nakonec byste mohli přidat dostatek tepelné energie k úplné disociaci oxidu hlinitého, a v tom okamžiku (v závislosti na tom, jak jste to udělali) byste byli schopni odstranit kyslík a znovu získat hliník.
Nicméně – množství energie je to extrémně velké. Ukázalo se, že je mnohem snazší jednoduše přinutit kyslík, aby pomocí elektronického potenciálu vrátil své elektrony zpět hliníku. Když to uděláte, elektrolyzujte sloučeninu a vytvořte diatomický kyslík na anodě a hliník na katodě.
Hall-Heroultův proces to další krok k tomu, aby tato práce dosáhla ještě nižší teploty (1 000 C) rozpuštěním oxidu hlinitého v roztaveném kryolitu . Ve výsledku je to jeden z nejúčinnějších (možná nejefektivnějších) průmyslových procesů pro výrobu hliníku a je zodpovědný za širokou dostupnost a nízké náklady na hliník v moderní době (a také za existenci z Alcoa ).
Vaše představa o využívání solární energie není špatná – i když vás možná překvapí množství energie, které potřebujete k výrobě hliníku – jak k jeho roztavení, tak k jeho elektrolyzování. Jedna věc, na kterou byste se mohli podívat využívá solární termální ohřev (například s kolektorem) k roztavení směsi oxidu hlinitého a kryolitu a poté používá fotovoltaiku jen pro krok elektrolýzy. To by bylo o dost levnější než samotné použití fotovoltaické elektřiny k provozu elektrického ohřívače.
Průmyslově se kryolitická směs udržuje roztavená průchodem velkého elektrického proudu. Elektřina se obvykle vyrábí v elektrárnách, protože požadované množství je tak velké (15 kWh / kg podle Alcoa, a to je jen pro krok elektrolýzy!). Ačkoli uhlí a plyn nejsou obnovitelné, výhodami jsou relativně nízké náklady na jednotku energie (které nemusí v příštích několika desetiletích zůstat pravdivé) a výroba energie na vyžádání (pravděpodobně bude vždy velkou výhodou oproti solární energii) .
K dispozici je také jaderná, vodní a geotermální energie – to vše po vybudování elektráren poskytuje velmi levně velké množství energie na vyžádání.
Komentáře
- Hliník je třetím nejhojnějším prvkem, bylo však obtížné ho extrahovat a očistit před Hall – H é roult procesem, který přišel asi v roce 1880 ' s. Přes svou přirozenou hojnost byl hliník považován za drahý kov před rokem 1880 ' s. Napoleon ' nejdůležitější hosté dostali hliníkové příbory, zatímco běžnější hosté večeřeli se stříbrem.
- @ron – další zajímavý fakt: Washingtonský památník byl původně cappe d s hliníkem, protože to bylo tak cenné. Existuje také legenda, že římský císař Tiberius nechal popravit muže, který tvrdil, že objevil způsob rafinace hliníku (nebo toho, o čem se předpokládá, že je to hliník), protože se bál, že by jeho zásoby byly méně cenné.
- Nyní chápu, co mi v mysli chybělo, takže proces je velmi nákladný, ale podle mého názoru je mnohem dražší použití chemických látek, jako je kryolit (AlF3,3NaF), kryolit dosahuje zhruba 600-700 USD a tuna FOB.asi 700 dvou tun oxidu hlinitého ~ = 1400 USD bez elektrolýzy, což je intenzivní odběr vody (spotřebovatelné uhlíkové anody) vody, co environmentální zdanění atd. … Při spotové ceně hliníku LME je 1936 USD za tunu a nyní přicházím s druhá otázka, jaký je ve skutečnosti zisk? Myslím tím, že rafinerie bude fungovat se zisky jako 100 usd / t?
- Nevím ' nevím, jaké jsou ziskové marže, ale představoval bych si, že jsou tenké protože se jedná o energeticky velmi náročný proces a protože základní technologie jsou mimo patentovou ochranu. Bude to také silně záviset na cenách komodit a celosvětové poptávce – ale obecně bych hádal, že potřebujete velký a efektivní provoz se spoustou schopností absorbovat cenové výkyvy – což je pravděpodobně důvod, proč Alcoa přežila výkupem konkurence. O kryolitu – pamatujte, že většinu z nich lze recyklovat.
- Vzhledem k jeho poloze v řadě reaktivity kovů nelze hliník extrahovat pomocí uhlíku, protože je v řadě reaktivity nad uhlíkem (reaktivnější než uhlík) v řadě) uhlík není dostatečně reaktivní, aby vytlačil hliník z jeho sloučenin, jako je oxid hlinitý. Ale co použití kovového vápníku? Je reaktivnější než hliník. [EDIT: Nejnižší teplota tání než hliník, ale co rozpustný oxid hlinitý v některých kyselinách a potom reaktivní série?]
Odpověď
Průchod oxidu hlinitého dostatečně horkým plamenem povede k tvorbě drahokamů typu safírů, rubínů a korundů (mimo jiné), známých také jako„ proces Verneuil „.
Mnoho kamenů vyrobených člověkem jsou vyrobeny podobným způsobem. Toto je video , které to vysvětluje.
Komentáře
- Vítejte v chemii .se! Pokud máte otázky, jak zkrášlit své příspěvky, podívejte se do centra nápovědy . Chcete se o tomto webu dozvědět více, navštivte prohlídku .