Алюминия, магния, кальция, натрия и некоторых их соединений
| Вещество | Плавление | Кипение | ||
| t,°C | ΔН, кДж/моль | t,°С | ΔН, кДж/моль | |
| Аl | 659 | 10,47 | 2450 | 291,0 |
| Mg | 650 | 8,79 | 1105 | 127,7 |
| Са | 843 | 8,37 | 1483 | 150,7 |
| Na | 98 | 2,64 | 882 | 99,2 |
| Аl2О3 | 2051 | 107,60 | Paзлагается | |
| MgO | 2825 | 77,5 | 3260 | 474,8 |
| СаО | 2615 | 79,5 | 3560 | – |
Окончание табл. 3
| Вещество | Плавление | Кипение | ||
| t,°C | ΔН, кДж/моль | t,°С | ΔН, кДж/моль | |
| MgF2 | 1263 | 58,2 | 2332 | 273,4 |
| CaF2 | 1418 | 29,7 | 2510 | 312,3 |
| NaF | 992 | 33,5 | 1710 | 216,9 |
| MgCl2 | 714 | 43,1 | 1418 | 136,9 |
| СаС12 | 772 | 28,5 | 2000 | 235,3 |
| NaCl | 801 | 28,1 | 1465 | 170,4 |
Таблица 4
Энергии Гиббса, теплоты образования, теплоёмкости алюминия,
Магния, кальция, натрия и некоторых их соединений
| Вещество | ΔGº298, кДж/моль | ΔНº298, кДж/моль | С p = a + b ∙ 10–3Т + с ∙ 105Т2 + d ∙ 10–6T2, Дж/(моль∙К) | Т, К | |||
| a | b | с | d | ||||
| Al | 0 | 0 | 20,68 31,82 | 12,39 – | – – | – – | 298–932 932–2400 |
| Mg | 0 | 0 | 22,32 32,66 | 10,26 – | –0,431 – | – – | 298–923 923–1150 |
| Са | 0 | 0 | 25,389 –0,360 29,31 | –7,268 41,28 – | – – – | 23,74 – – | 298–720 720–1116 1116–1757 |
| Na | 0 | 0 | 82,52 37,535 | –369,57 –19,234 | – – | 628,0 10,647 | 298–371 371–1200 |
| Аl2O3 | –1582,3 | –1678,5 | 106,68 | 17,79 | –28,55 | – | 298–1800 |
| MgO | –569,4 | –601,6 | 49,03 | 3,14 | –11,72 | – | 298–3098 |
| СаО | –603,3 | –634,7 | 49,66 | 4,52 | –6,95 | – | 298–1000 |
| MgF2 | –1071,1 | –1124,2 | 70,88 94,62 | 10,55 – | –9,21 – | – – | 298–1536 1536–1800 |
| CaF2 | –1173,6 | –1220,4 | 59,87 108,06 100,06 | 30,48 10,47 – | 1,97 – – | – – – | 298–1424 1424–1691 1691–1800 |
| NaF | –543,7 | –575,77 | 43,54 | 16,24 | –1,38 | – | 298–1265 |
Окончание табл. 4
|
|
|
| Вещество | ΔGº298, кДж/моль | ΔНº298, кДж/моль | С p = a + b ∙ 10–3Т + с ∙ 105Т2 + d ∙ 10–6T2, Дж/(моль∙К) | Т, К | |||
| a | b | с | d | ||||
| MgCl2 | –592,0 | –641,84 | 79,13 92,53 | 5,95 – | –8,62 – | – – | 298–987 987–1500 |
| СаСl2 | –748,8 | –796,33 | 71,93 | 12,73 | –2,51 | – | 600–1045 |
В отличие от других указанных в табл. 4 веществ, кальций и его фторид претерпевают полиморфные превращения при 448 и 1151 °С. Энтальпии полиморфных превращений соответственно равны 0,25 и 4,77 кДж/моль.
Из приведённых данных следует, что применяемые в металлотермии восстановители являются лёгкими металлами с относительно низкими температурами плавления и кипения (исключение составляет температура кипения алюминия). Температуры плавления и кипения образуемых по металлотермическим реакциям соединений выше, чем у входящих в их состав металлов. При этом оксиды металлов-восстановителей являются более тугоплавкими и менее летучими соединениями, чем фториды и в особенности хлориды.
Химические свойства
Металлы-восстановители являются химически активными реагентами, поэтому они в той или иной степени взаимодействуют с газообразными компонентами окружающей их среды. Протекание реакций металлов-восстановителей с газами необходимо учитывать на операциях их получения и измельчения, при шихтовании и загрузке металлотермической смеси в реактор, в процессе её горения. Газовые примеси образуют на поверхности металлов-восстановителей плёнки продуктов, затрудняющих протекание металлотермических реакций. При этом для сохранения заданного количества активного металла требуется повышать его расход. С поверхности восстановителя газовые примеси переходят в получаемый металл, загрязняя его.
|
|
|
Рассмотрим наиболее характерные условия протекания взаимодействий металлов-восстановителей с газообразными компонентами.
Алюминий обладает большим химическим сродством к кислороду. Однако на воздухе он покрывается тонкой, но очень прочной пленкой оксида алюминия, которая защищает металл от дальнейшего окисления. Тем не менее, порошкообразный алюминий, обладая большой удельной поверхностью, энергично сгорает при нагреве на воздухе. При высокой температуре алюминий взаимодействует также с азотом, образуя нитрид AlN. С водородом алюминий практически не реагирует.
Как и в случае с алюминием, защитная оксидная плёнка препятствует интенсивному окислению компактного магния при его нагреве до 300–500 °С. Но в интервале температур 600–650 °С магний воспламеняется на воздухе, образуя оксид магния MgO и некоторое количество нитрида магния состава Mg3N2. Реакция магния с водяным паром начинается при 400 °С, с азотом – при 500 °С, с водородом – при 400–500 °С. В результате контакта расплавленного магния с влажной атмосферой выделяется водород, который поглощается магнием. Однако при застывании металла водород почти полностью удаляется из него.
|
|
|
Кальций является более активным металлом, чем магний. При комнатной температуре кальций легко взаимодействует с кислородом и влагой воздуха, поэтому его хранят в герметичных ёмкостях в инертной атмосфере. При нагревании на воздухе кальций воспламеняется, образуя оксид СаО. Взаимодействие кальция с азотом имеет место при 500 °С, а с водородом – при 300–400 °С. Продуктами взаимодействия являются соответственно нитрид и гидрид кальция состава Са3N2 и СаН2.
Ещё более химически активным металлом является натрий. При непосредственном взаимодействии натрия с кислородом в зависимости от условий образуются Na2О или Na2О2. Реакция натрия с водой приводит к выделению водорода и может сопровождаться взрывом. При 200 °С натрий реагирует с водородом с образованием гидрида NaH. Вследствие высокой химической активности натрия его хранят под слоем керосина.
|
|
|
В связи с вышеизложенным следует отметить, что высокую химическую активность металлов-восстановителей необходимо учитывать и при разгрузке недостаточно охлажденных продуктов металлотермического процесса, поскольку присутствующее в них избыточное количество металла-восстановителя способно самовозгораться при контакте с воздухом.
Дата добавления: 2019-02-26; просмотров: 359; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!