Меню

Цвет алюминий как получить



Алюминий. Химия алюминия и его соединений

Бинарные соединения алюминия

Алюминий

Положение в периодической системе химических элементов

Алюминий расположен в главной подгруппе III группы (или в 13 группе в современной форме ПСХЭ) и в третьем периоде периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева.

Электронное строение алюминия и свойства

Электронная конфигурация алюминия в основном состоянии :

+13Al 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1 1s 2s 2p 3s 3p

Электронная конфигурация алюминия в возбужденном состоянии :

+13Al * 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 3p 2 1s 2s 2p 3s 3p

Алюминий проявляет парамагнитные свойства. Алюминий на воздухе быстро образует прочные оксидные плёнки, защищающие поверхность от дальнейшего взаимодействия, поэтому устойчив к коррозии.

Физические свойства

Алюминий – лёгкий металл серебристо-белого цвета, легко поддающийся формовке, литью, механической обработке. Обладает высокой тепло- и электропроводностью.

Температура плавления 660 о С, температура кипения 1450 о С, плотность алюминия 2,7 г/см 3 .

Нахождение в природе

Алюминий — самый распространенный металл в природе, и 3-й по распространенности среди всех элементов (после кислорода и кремния). Содержание в земной коре — около 8%.

В природе алюминий встречается в виде соединений:

Корунд Al2O3. Красный корунд называют рубином, синий корунд называют сапфиром.

Способы получения

Алюминий образует прочную химическую связь с кислородом. Поэтому традиционные способы получения алюминия восстановлением из оксида протекают требуют больших затрат энергии. Для промышленного получения алюминия используют процесс Холла-Эру. Для понижения температуры плавления оксид алюминия растворяют в расплавленном криолите (при температуре 960-970 о С) Na3AlF6, а затем подвергают электролизу с углеродными электродами. При растворении в расплаве криолита оксид алюминия распадается на ионы:

На катоде происходит восстановление ионов алюминия:

Катод: Al 3+ +3e → Al 0

На аноде происходит окисление алюминат-ионов:

Суммарное уравнение электролиза расплава оксида алюминия:

Лабораторный способ получения алюминия заключается в восстановлении алюминия из безводного хлорида алюминия металлическим калием:

AlCl3 + 3K → Al + 3KCl

Качественные реакции

Качественная реакция на ионы алюминия — взаимодействие избытка солей алюминия с щелочами . При этом образуется белый аморфный осадок гидроксида алюминия.

Например , хлорид алюминия взаимодействует с гидроксидом натрия:

AlCl3 + 3NaOH → Al(OH)3 + 3NaCl

При дальнейшем добавлении щелочи амфотерный гидроксид алюминия растворяется с образованием тетрагидроксоалюмината:

Обратите внимание , если мы поместим соль алюминия в избыток раствора щелочи, то белый осадок гидроксида алюминия не образуется, т.к. в избытке щелочи соединения алюминия сразу переходят в комплекс:

AlCl3 + 4NaOH = Na[Al(OH)4] + 3NaCl

Соли алюминия можно обнаружить с помощью водного раствора аммиака. При взаимодействии растворимых солей алюминия с водным раствором аммиака также в ыпадает полупрозрачный студенистый осадок гидроксида алюминия.

AlCl3 + 3NH3·H2O = Al(OH)3 ↓ + 3NH4Cl

Al 3+ + 3NH3·H2O = Al(OH)3 ↓ + 3NH4 +

Видеоопыт взаимодействия раствора хлорида алюминия с раствором аммиака можно посмотреть здесь.

Химические свойства

1. Алюминий – сильный восстановитель . Поэтому он реагирует со многими неметаллами .

1.1. Алюминий реагируют с галогенами с образованием галогенидов:

1.2. Алюминий реагирует с серой с образованием сульфидов:

1.3. Алюминий реагируют с фосфором . При этом образуются бинарные соединения — фосфиды:

Al + P → AlP

1.4. С азотом алюминий реагирует при нагревании до 1000 о С с образованием нитрида:

2Al +N2 → 2AlN

1.5. Алюминий реагирует с углеродом с образованием карбида алюминия:

1.6. Алюминий взаимодействует с кислородом с образованием оксида:

Видеоопыт взаимодействия алюминия с кислородом воздуха (горение алюминия на воздухе) можно посмотреть здесь.

2. Алюминий взаимодействует со сложными веществами:

2.1. Реагирует ли алюминий с водой? Ответ на этот вопрос вы без труда найдете, если покопаетесь немного в своей памяти. Наверняка хотя бы раз в жизни вы встречались с алюминиевыми кастрюлями или алюминиевыми столовыми приборами. Такой вопрос я любил задавать студентам на экзаменах. Что самое удивительное, ответы я получал разные — у кого-то алюминий таки реагировал с водой. И очень, очень многие сдавались после вопроса: «Может быть, алюминий реагирует с водой при нагревании?» При нагревании алюминий реагировал с водой уже у половины респондентов))

Читайте также:  Что быстрее вымоет цвет

Тем не менее, несложно понять, что алюминий все-таки с водой в обычных условиях (да и при нагревании) не взаимодействует. И мы уже упоминали, почему: из-за образования оксидной пленки . А вот если алюминий очистить от оксидной пленки (например, амальгамировать), то он будет взаимодействовать с водой очень активно с образованием гидроксида алюминия и водорода:

2Al 0 + 6 H2 + O → 2 Al +3 ( OH)3 + 3 H2 0

Амальгаму алюминия можно получить, выдержав кусочки алюминия в растворе хлорида ртути ( II ):

3HgCl2 + 2Al → 2AlCl3 + 3Hg

Видеоопыт взаимодействия амальгамы алюминия с водой можно посмотреть здесь.

2.2. Алюминий взаимодействуют с минеральными кислотами (с соляной, фосфорной и разбавленной серной кислотой). При этом образуются соль и водород.

Например , алюминий бурно реагирует с соляной кислотой :

2Al + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2

2.3. При обычных условиях алюминий не реагирует с концентрированной серной кислотой из-за пассивации – образования плотной оксидной пленки. При нагревании реакция идет, образуются оксид серы (IV), сульфат алюминия и вода:

2.4. Алюминий не реагирует с концентрированной азотной кислотой также из-за пассивации.

С разбавленной азотной кислотой алюминий реагирует с образованием молекулярного азота:

При взаимодействии алюминия в виде порошка с очень разбавленной азотной кислотой может образоваться нитрат аммония:

2.5. Алюминий – амфотерный металл, поэтому он взаимодействует с щелочами . При взаимодействии алюминия с раствором щелочи образуется тетрагидроксоалюминат и водород:

2Al + 2NaOH + 6H2O → 2Na[Al(OH)4] + 3H2

Видеоопыт взаимодействия алюминия со щелочью и водой можно посмотреть здесь.

Алюминий реагирует с расплавом щелочи с образованием алюмината и водорода:

2Al + 6NaOH → 2Na3AlO3 + 3H2

Эту же реакцию можно записать в другом виде (в ЕГЭ рекомендую записывать реакцию именно в таком виде):

2Al + 6NaOH → 2NaAlO2 + 3H2↑ + 2Na2O

2.6. Алюминий восстанавливает менее активные металлы из оксидов . Процесс восстановления металлов из оксидов называется алюмотермия .

Например , алюминий вытесняет медь из оксида меди (II). Реакция очень экзотермическая:

2Al + 3CuO → 3Cu + Al2O3

Еще пример : алюминий восстанавливает железо из железной окалины, оксида железа (II, III):

Восстановительные свойства алюминия также проявляются при взаимодействии его с сильными окислителями: пероксидом натрия, нитратами и нитритами в щелочной среде, перманганатами, соединениями хрома (VI):

Источник

Эффектные ЛКП: «металлик». Принцип действия, компоненты

Давно известно, что совершая любую покупку, человек руководствуется больше эмоциями, чем разумом. «Хочу вот эту машину, цвета «мокрый асфальт», и точка!». Факт остается фактом – по данным исследования, проведенного концерном DuPont, 40% покупателей готовы отказаться от одной марки в пользу другой, если она окрашена в понравившийся покупателю цвет. Как говорится, спрос рождает предложение.

На цветовые решения оказывает влияние и мода. Например, сегодня подавляющее большинство потребителей отдает предпочтение не однотонно окрашенному автомобилю, а тому, чье ЛКП обладает каким-то «спецэффектом», пусть даже и не ярко выраженным. Например — эффектом «металлик».

Алюминий… в краску!

Помните легендарную фразу, которую приписывают Форду-старшему: «Вы можете получить автомобиль любого цвета, при условии, что этот цвет будет черным»? В те далекие времена других материалов, кроме черных масляных красок и лаков, пригодных для окраски автомобильных кузовов просто не существовало.

Позже, когда началось производство белого пигмента — двуокиси титана, производители получили возможность создавать различные новые оттенки. Добавление этого пигмента в краски позволило расширить цветовую гамму кузовов, и доминированию черного цвета в автомобильном мире пришел конец.

Еще один технологический переворот в истории автомобильных красок совершил алюминий. К сожалению, не известно, кто впервые предложил добавлять в краски частицы этого металла. А жаль. Ведь именно благодаря ему автомобилисты сегодня могут ездить на машинах, окрашенных в модный цвет «металлик», а продавцы автомобилей — начислять дополнительные проценты за эту краску.

Читайте также:  Как оформить могилку цветами

Принцип «работы» металликов

Принцип действия красок с эффектом «металлик» основан на отражении света. Алюминиевые пластинки, распределенные в слое краски, выполняют роль своеобразных микрозеркал, отражающих падающий на них свет, что и придает покрытию характерный искрящийся эффект.

Помните, как в детстве, взяв в руки зеркало, мы играли солнечными зайчиками, направляя их друг другу в глаза? Похожий эффект достигается и в металликах

Помимо эффектных пигментов, в этих красках присутствуют и «обычные» цветовые пигменты, обеспечивающие покрытию тот или иной цвет. Только в отличие от одноцветных красок, в которых применяются светоНЕпроницаемые пигменты, в металликах необходимо использовать другие пигменты — светопроницаемые. Алюминиевые пластинки ведь распределены в толще краски среди пигментов, а значит только прозрачные пигменты позволят световым лучам «пробраться» к этим пластинкам и отразиться от них.

Таким образом принцип «работы» металликов сводится к следующему: световые лучи, попадая на лакокрасочное покрытие, проходят через полупрозрачные цветовые пигменты, в результате чего формируются лучи с определенным цветом (длиной волн). Затем эти лучи попадают на частицы алюминия, отражаются от них и, либо снова проходят через светопроницаемый цветовой пигмент, либо сразу выходят наружу. Благодаря этому мы не только видим покрытие цветным (например, зеленым), но и наблюдаем эффект сверкающего блеска.

Принцип «работы» металликов: световой поток проходит через полупрозрачные цветовые пигменты, отражается от алюминиевых частиц и выходит наружу «Металлик» под микроскопом. Благодаря алюминиевым частицам мы видим не только определенный цвет покрытия, но и особый, искрящийся эффект

От велосипедов до автомобилей

Первые металлизированные краски у нас увидели совсем не на кузовах автомобилей. «Вогли» и «Победы» в те времена красились в простые цвета — белый, грязно-серый, бежевый… Зато велосипедные рамы харьковского завода искрились блестками алюминия, отражающими свет из глубины лакокрасочного слоя. Эти «металлики» были однослойными.

«Металлики» первого поколения — однослойные. Алюминиевые частицы содержатся по всей толщине эмали в 50 микрон

С точки зрения эффектности такие краски были на то время довольно интересными, но их стойкость к внешним воздействиям была крайне низкой. Со временем такая эмаль сильно истиралась, алюминиевые частички окислялись и выветривались, в результате чего автомобиль приобретал мутно-белесый оттенок. Чтобы избежать подобных последствий, была разработана двухслойная система: с нанесением поверх краски прозрачного лака.

Современный двухстадийный «металлик»: поверх базовой эмали нанесен бесцветный лак

Двухслойное покрытие оказалось не только более долговечным и прочным (находящаяся под слоем лака цветная эмаль не истирается и медленнее выгорает), но и более эффектным (лак выступает в роли своеобразной лупы, усиливая оптический эффект), и стало повсеместно применяться для окраски автомобильных кузовов.

Флоп-эффект

Итак, главной особенностью металликов является проявление элемента металлического блеска на лакокрасочном покрытии. Но на этом «эффектность» этих красок не заканчивается.

Если смотреть на автомобиль, окрашенный металликом, с разных сторон, то хорошо видно, что интенсивность этого блеска непостоянна — она то больше, то меньше. Действительно, любой «металлик», в зависимости от угла обзора выглядит по-разному: в определенный момент покрытие ярко светится, искрится, а затем постепенно темнеет при изменении угла наблюдения (например, когда автомобиль поворачивает). Эти изменения, от светлого к темному и обратно, называются «флоп-эффектом».

Попробуем разобраться, почему так происходит.

Как мы уже говорили, поверхность металлического пигмента играет роль зеркала, которое отражает падающие на него световые лучи согласно законам геометрической оптики (угол отражения равен углу падения). И если алюминиевые частички расположены в слое краски как нужно, то есть параллельно поверхности, то при фронтальном рассмотрении краска воспринимается более светлой, поскольку в этом случае мы видим больше света, отраженного зерном.

Если же смотреть на поверхность сбоку, под острым углом, интенсивность отраженного света сильно убывает и краска воспринимается более темной. В этом случае преобладает отражение от цветовых пигментов.

Читайте также:  Тюльпаны для выгонки белого цвета

Иными словами, когда свет падает на поверхность краски, часть света отражается пигментом (цвет), а часть — алюминиевым зерном (яркость). И в зависимости от угла наблюдения мы видим либо отражение от пигментов, либо от зерна.

Цветовой тон, который виден, если смотреть на поверхность под углом 90° (например, на капот) называется «фейс» (или верхний тон).

А тон, который мы видим, когда смотрим на поверхность под острым углом (например, на бока автомобиля) называется «флоп» (или нижний тон).

Флоп и флип — это одно и то же — изменение оттенка под острым углом.

Наличие двух этих разных тонов у «металлика» вызывает дополнительные трудности при цветоподборе, поскольку колорист вынужден подбирать оба этих тона. Сначала всегда подбирается верхний тон «металлика», а только потом — нижний. Есть много способов изменения этих тонов по отдельности.

Например, добавление небольшого количества «серебра» осветляет только верхний тон. Большое количество серебра осветляет оба тона, но крупные частицы меньше влияют на оттенок, который виден сбоку машины, чем мелкие. Добавление простого белого цвета в небольшом количестве (до 5%) осветляет нижний тон. При добавлении белого цвета в большом количестве металлический эффект становится слабовыраженным. Словом, тонкостей при цветоподборе не счесть.

Частицы алюминия часто называют серебром из-за характерного серебристого цвета.

Кроме того, оттенок эмалей с алюминиевым зерном сильно зависит от условий и способа нанесения. Тип краскопульта, диаметр сопла, рабочее давление, вязкость краски, расстояние и форма окрасочного факела, толщина нанесенного слоя — все это может повлиять на оттенок.

Так что для хорошего результата при работе с эффектными цветами потребуется сочетание грамотного и прилежного колориста, знающего и опытного маляра и… удачи. Маляр может как испортить хорошую работу колориста, так и «вытянуть» цвет, незаметно покрасив деталь «переходом» даже краской, отколерованной весьма приблизительно.

Кукурузные хлопья и… серебряный доллар!

Для точного подбора краски под нужный «металлический» эффект любая система цветоподбора включает в себя несколько видов серебра, отличающихся как формой и размерами частиц, так и степенью блеска отдельной частицы.

По форме частицы делятся на две основные группы: частицы неправильной и правильной формы. Первые обычно называются «кукурузные хлопья» (cornflake), вторые — «серебряный доллар» (silver dollar).

Алюминиевые частицы неправильной и правильной формы. Первые обычно называют «кукурузными хлопьями», вторые — «серебряным долларом»

Серебро неправильной формы чаще всего используется в формулах старых покрытий. При рассмотрении под микроскопом видно, что эти частицы действительно напоминают по виду кукурузные хлопья и имеют рваные края. В те годы, когда эпоха «металликов» только началась, алюминий измельчали и без какой-либо дополнительной обработки добавляли в краску. Такие компоненты достаточно сильно рассеивают свет и смотрятся в краске тускло.

Частицы «серебряного доллара» выглядят более равномерно и не имеют рваных краев — это результат дополнительной обработки алюминия. Такие частицы подобны маленьким полированным металлическим зеркальцам, они намного лучше отражают свет и являются ярким примером прогресса в производстве автокрасок.

Разница между различными видами серебра хорошо видна при сравнении старых и новых машин. Например, если сравнить в принципе одинаковые цвета автомобилей, скажем 1975 и 2005 годов выпуска, мы увидим интересную разницу: на старом авто цвет более серый и невзрачный, в то время как «свежий» авто выглядит намного привлекательнее. «Новая» краска лучше отражает свет, больше искрится и блестит.

И дело тут вовсе не в «возрасте» покрытия, а в эволюции компонентов автомобильных красок. Одним словом, технологический прогресс и фантазия дизайнеров делают современные лакокрасочные покрытия автомобилей совершенно фантастическими.

В следующей статье цикла «Эффектные ЛКП» поговорим о красках с эффектом «перламутр».

Источник