Легкі конструкційні матеріали та їх властивості

Мета роборти:ознайомитися із методами добування, властивостями металів та іх сполук магнію, алюмінію, титану.

9.1 Загальні відомості

9.1.1 Деякі властивості металів

	Вале-нтні елек-трони	Е˚, В	Гус-тина, г/см³	Tпл.,˚С	Вміст в земній корі, %	Харак-терні ступені окисне-ння	Природні сполуки
Магній	2S²	-2,36	1,74	650	1,87	0, +2	MgCl2, KCl, CaCO3, MgCO3
Алюмі-ній	3S²3р	-1,62	2,7	660	7,57	0, +3	Al2O3, Na3AlF3
Титан	4S²3d²	-1,28	4,49	167065·10ˉ2		0, +2, +3, +4	TiO2, FeTiO3, CaTiO3

Сріблясто-білі, легкі, пластичні метали, стійкі до атмосферної корозії. Магній, алюміній, титан здатні утворювати сплави з цінними властивостями:: легкі, тверді, міцні, пластичні, хімічно стійкі, мало кородують. Сплави застосовують в авіа-, ракето-, судобудуванні, громадському будівництві, військовій справі, транспортному машинобудуванні. Сплави магнію, алюмінію, титану займають перше місце по використанню їх як легких конструкційних матеріалів.

Найважливіші сплави:

Mg-Al-Zn; дюралюмінійAl-Cu (4%) → по 0,5%Mg, Mn, Fe, Si(міцність цьому сплаву надають інтерметалічні сполуки, наприкладAl₂Cu).

Збільшення кількості магнію до 5-10% підвищує корозійну стійкість сплаву, механічні властивості, жаростійкість.

9.1.2 Здобування

1) Електрометалургійний спосіб – електроліз розплавів солей

катод: Mg²+2eˉ→Mg˚

Al³+3eˉ→Al˚

2) Металотермічний спосіб здобування титану

TiO₂+2Cl₂+2C→TiCl₄+2CO

TiCl₄+2Mg→Ti+2MgCl₂

9.1.3 Хімічні властивості:

• в ряду Mg-Al-Тізменьшується хімічна активність металів.

• реагують з неметалами:

2Mg+O₂→2MgO; магній оксид

2Al+3Cl₂→2AlCl₃; алюміній хлорид

2Ti+N₂→2TiN; титан(III) нітрид.

• при нагріванні реакційна здатність збільшується.

• з водою при нагріванні:

Mg+2H₂O→Mg(OH)₂+H₂

2Al(Hg)+6H₂O→2Al(OH)₃+3H₂; Al(Нg)- амальгама;

Ti+2H₂O→TiO₂+2H₂

• розчиняються в кислотах

Mg⁰+2H⁺→Mg²⁺+H₂⁰

10Al+36HNO₃=10Al(NO₃)₃+3N₂+18H₂O

2Ti+12HF=2H₃[TiF₆]+3H₂

Оксиди та гідроксиди магнію мають основний характер властивостей, алюмінію-амфотерний; сполуки титану ІІІ – мають більше основні властивості; титану ІV – амфотерні

Mg → MgO → Mg(OH)₂

^{основний оксид основа}

Al → Al₂О₃ → Al(OH)₃

^{амфотерний оксид}Н[Al(OH)₄]

^{амфотерний гідроксид}

ТіО₂ → Ті(ОН)₄– амфотерний гідроксид

Ті

Ті(ОН)₃ → ТіС1₃

Сполуки титану(ІІІ) – сильні відновники

Ті³ ⁺ -1еˉ→ Ті⁴⁺

9.2 Завдання для самостійного розв’язання

9.2.1 Виконати завдання

1. Порівняти будову атомів, металічні властивості, хімічну активність металів магнію, алюмінію, титану

2. Скласти рівняння реакцій в молекулярному, йонному, електронному видах для здійснення перетворень по схемі, назвати речовини

а) Mg→MgCl₂→Mg(OH)₂→MgBr₂→Mg→Mg(NO₃)₂

б) Al→AlN→Al(OH)₃→Al₂O₃→KAlO₂→Al(NO₃)₃

3. При прожарюванні металічного титану на повітрі утворюється білий порошок титан (ІV) оксиду, який розчиняється в концентрованій сульфатній кислоті і сплавляється з лугами. Скласти рівняння реакцій: а) прожарювання титану на повітрі; б) розчинення титан (ІV) оксиду в сульфатній кислоті; в) сплавлення титан (ІV) оксиду з лугом.

9.2.2 Розв’язати задачі

1. Чи можливо алюмотермічним способом добути залізо з ферум (ІІІ) оксиду при температурі 1500К? Відповідь обгрунтувати розрахунком енергії Гіббса за даної температури.

2. Титан (ІІІ) гідроксид відновлює нітрати до амоніаку. Скласти рівняння реакції в молекулярному та електронному видах взаємодії титан (ІІІ) гідроксиду з натрій нітратом в лужному середовиші. Розрахувати об’єм амоніаку (н.у.), який виділяється, якщо в реакцію вступає 0,1 моль Ті(ОН)₃.

(0,28 л)

3. Вивести молекулярну формулу інтерметалічної сполуки магнію з цинком, яка відноситься до бертолідів і містить 42,48% магнію.