Magnesio
Un elemento químico. Símbolo químico Mg, número atómico 12, peso atómico 24,305, pertenece al Grupo IIA de la tabla periódica y es miembro de los metales alcalinotérreos. En 1808, el británico H. David electrolizó una mezcla de mercurio y óxido de magnesio para formar una amalgama de magnesio y evaporó el mercurio para obtener magnesio metálico, que lleva el nombre de la ciudad de Magnesia en Grecia, donde se producía el mineral de óxido de magnesio. 1828 El británico A.-A.-B. Bixi utilizó potasio metálico para reducir el cloruro de magnesio anhidro fundido y obtener magnesio metálico a granel. En 1833, M. Faraday de Inglaterra fundió electrolíticamente cloruro de magnesio para obtener magnesio metálico. 1852 R.W. Benson utiliza un cátodo de carbón hueco para recolectar magnesio en el electrodo y evitar que se queme cuando se expone al aire. El contenido de magnesio en la corteza terrestre es de 2,5, ocupando el octavo lugar. Los minerales importantes son dolomita (MgCO3 CaCO3), magnesita (MgO3), carnalita (KCl MGC L2·6H2O), olivino (Mg2SiO4) y serpentina {Mg6 [Si4o10] (OH) 8}. Después de extraer el cloruro de sodio del agua de mar, se puede extraer el magnesio de la salmuera restante.
Quema de magnesio en dióxido de carbono
El magnesio es un metal de color blanco plateado con un punto de fusión de 648,8°C, un punto de ebullición de 1107°C y una densidad relativa de 1,74 . Es muy ligero, tiene buena ductilidad y propiedades de corte, fundición y forjado, y puede procesarse en placas, tiras, varillas, tubos, etc. El magnesio tiene propiedades químicas activas. Cuando se coloca en el aire, se formará una película de óxido en la superficie que protege el magnesio a temperatura ambiente. Sin embargo, cuando se calienta por encima del punto de fusión del magnesio, la película protectora se destruye. A 300°C, el magnesio se quema en nitrógeno para formar nitruro de magnesio. El magnesio reacciona lentamente con agua fría. Después de la reacción, se forma una capa de hidróxido insoluble en agua en la superficie para evitar una mayor reacción entre el metal y el agua. El magnesio metálico reaccionará con agua hirviendo o vapor para producir hidrógeno. El magnesio tiene una fuerte afinidad con el oxígeno y puede capturar oxígeno de muchos compuestos que contienen oxígeno (como el monóxido de carbono y el óxido nítrico) para formar óxido de magnesio. El magnesio es insoluble en álcali pero soluble en ácidos inorgánicos, excepto el ácido fluorhídrico y el ácido crómico. La capa electrónica más externa del magnesio tiene dos electrones de valencia, el estado de oxidación es 2 y tiene una tendencia obvia a formar compuestos de coordinación.
El método de producción de magnesio metálico es el siguiente: (1) Electrolizar la masa fundida de una mezcla de cloruro de magnesio, cloruro de calcio y cloruro de sodio para obtener magnesio metálico. ②Método de reducción térmica del silicio. Mezcle óxido de magnesio, óxido de calcio y polvo de ferrosilicio, presiónelos en bloques, póngalos en un horno reductor y caliéntelos a 2200°C. El silicio reducirá el óxido de magnesio a magnesio metálico. El magnesio crudo generalmente se refina con fundente o hexafluoruro de azufre hasta una pureza de 99,85 y se puede purificar hasta 99,99 mediante destilación al vacío. Debido a la baja resistencia mecánica del magnesio puro, se utilizan principalmente aleaciones de aluminio y magnesio. Es liviano y tiene cierta resistencia. Es un material estructural importante y se utiliza en fuselajes de aviones, alas, piezas de motores, bastidores de ruedas, automóviles y trenes. El magnesio se utiliza como agente nodularizante para hierro dúctil, agente desulfurante para la fabricación de acero y agente reductor para la reducción térmica de metales (preparación de metales refractarios como el titanio). Las varillas y el polvo de magnesio se utilizan para fabricar linternas, bengalas y fuegos artificiales.
Sodio
Sodio
Un elemento químico. De símbolo químico Na, número atómico 11, peso atómico 22768, pertenece al grupo IA de la tabla periódica y es miembro de los metales alcalinos. El nombre en inglés de sodio proviene del latín soda, que significa álcali natural. En la antigüedad, la soda (carbonato de sodio) se usaba como detergente, la sal (cloruro de sodio) como condimento y el salitre (nitrato de sodio) como fertilizante. Sin embargo, los compuestos de sodio son particularmente estables. Aunque los químicos utilizan una gran cantidad de agentes reductores (como el carbono), es difícil reducir el sodio metálico. No fue hasta 1807 que H. David de Inglaterra obtuvo sodio metálico mediante electrólisis de hidróxido de sodio fundido. El contenido de sodio en la corteza terrestre es de 2,83, ocupando el sexto lugar. El recurso más importante es el cloruro de sodio en los océanos, lagos salados y pozos de sal, que es extremadamente abundante. Los minerales incluyen sal de roca (cloruro de sodio), trona (carbonato de sodio), bórax (borato de sodio), salitre (nitrato de sodio) y tenardita (sulfato de sodio).
El sodio es un metal de color blanco plateado, muy blando y que se puede cortar con un cuchillo. El punto de fusión es 97,865438 ± 0 ℃, el punto de ebullición es 882,9 ℃ y la densidad es 0,97 g/cm3 (20 ℃). El sodio es químicamente muy reactivo.
En contacto con el aire, se forman carbonatos y óxidos en la superficie y pierden brillo, por lo que el sodio debe almacenarse en queroseno. El sodio se calienta en una cantidad limitada de oxígeno para formar óxido de sodio; se calienta en exceso de oxígeno para formar peróxido de sodio; el sodio metálico se disuelve en amoníaco líquido y reacciona con el oxígeno para formar peróxido de sodio, y el sodio reacciona con el ozono para formar ozonato de sodio. El sodio reacciona rápidamente con agua, hielo o nieve para formar hidróxido de sodio y gas hidrógeno, liberando suficiente calor durante la reacción para derretir el sodio metálico y encenderlo. El sodio y el hidrógeno reaccionan a 200 ~ 350°C para formar hidruro de sodio. A temperatura ambiente, el sodio no reacciona con nitrógeno, bromo o yodo, reacciona lentamente con cloro y reacciona violentamente con flúor. El sodio reacciona con el amoníaco para formar amida de sodio y libera gas hidrógeno. El sodio y el mercurio forman amalgama de sodio, que es un agente reductor. El estado de oxidación del sodio es solo 1, formando un compuesto monovalente. El sodio metálico es un producto peligroso; preste atención a la seguridad al almacenarlo y usarlo. Los incendios causados por el sodio no se pueden extinguir con agua ni con agentes extintores de espuma. Se debe utilizar polvo seco de carbonato de sodio. Los iones de sodio pueden hacer que las llamas se vuelvan amarillas, lo que puede detectarse mediante reacciones de llama y fotómetros de llama.
Sodio metálico
El sodio metálico se produce mediante electrólisis. El método Kastner utilizado en los primeros días producía agua mientras electrolizaba la masa fundida de hidróxido de sodio. La masa fundida de hidróxido de sodio reaccionaba con el producto sodio metálico para formar hidróxido de sodio, lo que reducía la eficiencia de la electrólisis y se eliminaba gradualmente. El actual proceso Dongsi utiliza cloruro de sodio, que es más barato que el hidróxido de sodio, como materia prima, pero el punto de fusión del cloruro de sodio es demasiado alto (801°C). A esta temperatura, el cloro generado causará una corrosión demasiado fuerte en el electrodo y la celda electrolítica, por lo que se electroliza la mezcla de cloruro de sodio y cloruro de calcio (la temperatura de fusión es de aproximadamente 600 °C), se usa grafito como ánodo y se usa hierro. Como cátodo, y se genera cloro gaseoso en el ánodo, el cátodo produce sodio metálico. Si se purifica mediante destilación al vacío, se puede obtener sodio metálico con una pureza de 99,95.
El sodio metálico se utiliza ampliamente en la producción de tetraetilo de plomo, un agente antidetonante utilizado en la gasolina para motores de combustión interna. Puede prepararse haciendo reaccionar una aleación de plomo y sodio con cloruro de etilo. Otros se utilizan en la producción de caucho de butadieno sódico. El sodio se utiliza a menudo como agente reductor en la industria metalúrgica para reducir los haluros de ciertos metales refractarios a metales (como titanio, circonio, hafnio, tantalio, etc., se pueden utilizar como calor del reactor). transportistas. La lámpara de sodio tiene una alta tasa de conversión eléctrica y un gran flujo luminoso, y se usa ampliamente en la iluminación vial.
Hierro
Hierro
Un elemento químico. El símbolo químico Fe, número atómico 26, peso atómico 55,847, pertenece al octavo grupo de la tabla periódica. El hierro es uno de los primeros metales utilizados por los humanos, con una historia de al menos 5.000 años. China, Egipto e India fueron los primeros países en dominar la tecnología de fabricación de hierro. El primer método de fabricación de hierro era la fabricación de hierro en bloques, que luego se cambió a la fabricación de hierro en hornos de cuba. A principios del siglo XVIII, el inglés A. Darby utilizó coque como combustible para la fabricación de hierro en altos hornos, que ocupó un lugar importante en la historia de la fabricación de hierro. En 1856, el británico H. Bessemer inventó el método de fabricación de acero por convertidor, que condujo al rápido desarrollo de la industria del acero. El contenido de hierro en la corteza terrestre es de 5,6, ocupando el cuarto lugar. El hierro puede estar presente en meteoritos de hierro en estado libre y en otras formas como óxidos, sulfuros y carbonatos. Hay más de 300 tipos de minerales de hierro, principalmente hematita (Fe2O3), limonita (nFe2O3 mH2O), magnetita (Fe3O4), pirita (FeS2), siderita (FeCO3) y goethita (Fe2O3).
El hierro es un metal con brillo plateado, pero el hierro metálico común suele ser de color gris plateado, con un punto de fusión de 1535 °C, un punto de ebullición de 2750 °C y una densidad relativa de 7,86. El hierro puro es dúctil y puede forjarse y trefilarse. El hierro es extremadamente magnético y se magnetiza y desmagnetiza muy rápidamente. El hierro metálico se puede dividir en arrabio y hierro forjado. El hierro que contiene más impurezas como carbono, silicio, fósforo, azufre y manganeso se llama arrabio. Se produce en un alto horno y se utiliza principalmente para fundición. y siderurgia. El hierro con un contenido de carbono inferior a 0,1 se denomina hierro forjado y se puede forjar a partir de arrabio mezclado a alta temperatura en un horno de reverbero. El hierro forjado es suave, fuerte y maleable. El hierro metálico denso no reacciona con el oxígeno en el aire seco, pero en el aire húmedo, el hierro se oxidará y, bajo la acción del dióxido de carbono en el aire, se formará carbonato de hierro básico en la superficie. Sin protección, el hierro se oxidará. mayor corrosión por oxidación. Este proceso se llama oxidación. El hierro reacciona con el oxígeno a 500°C para formar óxido férrico y, a temperaturas más altas, forma óxido férrico.
Cuando se calienta, el hierro se combina directamente con cloro, azufre y fósforo pero no reacciona con el nitrógeno. El hierro reacciona con el carbono para formar Fe3C. El hierro reacciona con el vapor a 570°C para producir óxido férrico e hidrógeno. El hierro reacciona fácilmente con ácido clorhídrico diluido y ácido sulfúrico diluido para generar iones ferrosos y liberar gas hidrógeno. El hierro reacciona con ácido nítrico diluido y se pasiva en ácido nítrico concentrado y ácido sulfúrico concentrado en frío. Los estados de oxidación del hierro son 2, 3, 4, 5 y 6. Los compuestos de hierro incluyen principalmente compuestos de hierro ferrosos y férricos. Los iones ferrosos son reducibles y se oxidan fácilmente a iones férricos en soluciones alcalinas. El hierro forma fácilmente compuestos de coordinación, como el ferricianuro de potasio K4 [Fe(CN)6]3H2O, comúnmente conocido como sal de sangre amarilla; el ferricianuro de potasio K3 [Fe(CN)6], comúnmente conocido como sal de sangre roja. El hierro también puede formar compuestos de coordinación con monóxido de carbono, llamados carbonilo hierro, como Fe(CO)5, Fe2(CO)9, Fe3(CO)12. El compuesto formado por hierro y ciclopentadieno se llama ferroceno, que es un compuesto organometálico con estructura tipo sándwich.
La combustión del hierro en oxígeno
El arrabio se puede obtener fundiendo mineral de hierro, coque y piedra caliza en un alto horno. Porque el hierro está fuertemente combinado con otros elementos (como carbono, azufre, fósforo, silicio, etc.). ), es difícil producir hierro puro en un alto horno. Los métodos de fundición de hierro puro son: ① Presurizar polvo de hierro y monóxido de carbono a 180~200 ℃ para obtener Fe(CO)5, que se descompone en hierro puro y monóxido de carbono a 250 ℃. (2) Reducción de óxido de hierro puro con hidrógeno a 1000°C. ③Electrólisis de solución de sales ferrosas. El hierro es el material metálico más importante y más utilizado en la industria moderna. La producción de arrabio y acero es un símbolo importante del desarrollo industrial de un país. Hay muchos tipos de ferroaleaciones, incluidos ferromanganeso, hierro espejo, ferrosilicio, ferrocromo, ferroaleaciones de tierras raras, etc., que tienen las características de alta resistencia, alta dureza, fácil fundición y fácil procesamiento de plástico. También tienen buenas propiedades magnéticas. Las aleaciones magnéticas blandas de hierro-cobalto se utilizan en los núcleos de generadores y motores de aviones, así como en transformadores de impulsos de alta potencia. Las aleaciones magnéticas blandas de hierro-silicio-aluminio se utilizan en la producción de cabezas magnéticas, polvo magnético y núcleos magnéticos.
Aluminio
Aluminio
Un elemento químico. Símbolo químico al, número atómico 13, peso atómico 26,9438 0539, pertenece al grupo IIIA del sistema periódico. En 1825, el danés H.C. Oster hizo reaccionar tricloruro de aluminio anhidro y amalgama de potasio para obtener amalgama de aluminio, y evaporó mercurio para obtener aluminio metálico por primera vez. En 1827, el alemán F. Willer utilizó potasio metálico como agente reductor para obtener amalgama de aluminio a partir de tricloruro; Reducción de aluminio metálico en cloruro de aluminio. Desde entonces, el aluminio metálico sigue siendo caro debido a los elevados costes de producción. En 1886, C.M. Hall de Estados Unidos y P.L.T Elu de Francia inventaron de forma independiente el método electrolítico de sales fundidas de alúmina y criolita, que redujo en gran medida el precio del aluminio y lo convirtió en un metal práctico.
El contenido de aluminio en la corteza terrestre es de 8, sólo superado por el oxígeno y el silicio. El aluminio no existe como metal en la naturaleza debido a sus propiedades químicas activas. En cambio, está ampliamente distribuido en rocas, suelo, animales y plantas en forma de silicato de aluminio. Estos minerales son la bauxita, el corindón, el alumbre y la criolita. El metal de aluminio moderno se produce por electrólisis. La alúmina purificada se disuelve en criolita, el revestimiento de grafito de la celda electrolítica de acero se utiliza como cátodo y la varilla de grafito se utiliza como ánodo. A 1000°C, el ánodo obtiene aluminio metálico líquido con una pureza de hasta 99,8.
El aluminio es un metal ligero de color blanco plateado con un punto de fusión de 660,37°C, un punto de ebullición de 2467°C y una densidad relativa de 2,702. El aluminio puro es blando y tiene buena ductilidad, conductividad eléctrica y térmica. El aluminio es un metal reactivo. A temperatura normal y aire seco, se forma una densa película de óxido de aproximadamente 50 angstroms de espesor en la superficie del aluminio, lo que evita que el aluminio se oxide aún más y resiste la corrosión del agua. En ácido sulfúrico concentrado en frío o ácido nítrico concentrado, la superficie del aluminio se oxida para formar una película de óxido pasivado. El aluminio puede reaccionar con halógenos, azufre, nitrógeno, fósforo y carbono y formar aleaciones con silicio, cobre, hierro, zinc, estaño, magnesio y manganeso. El aluminio es anfótero y puede disolverse en ácido para formar sales de aluminio; también puede disolverse en álcali para formar aluminatos.
La configuración electrónica del aluminio es (Ne)3s23p1, que generalmente se expresa como trivalente en compuestos, como Al2O3, AlCl3, Al2(SO4)3, solo se pueden formar compuestos monovalentes, como AlCl; a altas temperaturas.
El aluminio forma fácilmente alumbre, llamado alumbre, como el kal (SO4) 2,12h2o.
Aunque la conductividad eléctrica del aluminio es sólo 2/3 de la del cobre, su gravedad específica es inferior a 1/3 de la del cobre. La conductividad eléctrica del aluminio del mismo peso es mayor que la del cobre. El aluminio se utiliza ampliamente en la fabricación de alambres, cables y aparatos eléctricos y equipos de telecomunicaciones. La aleación de aluminio tiene un peso específico mucho menor que el acero y se usa ampliamente en la fabricación de aviones, automóviles, cohetes y objetos de naves espaciales. También se usa ampliamente en la fabricación de puertas, ventanas, aleros, persianas y materiales decorativos. El aluminio también es un agente reductor en la industria metalúrgica. El polvo de aluminio y el polvo de Fe2O3 (o Fe3O4) se mezclan en una determinada proporción y se encienden con un encendedor. La reacción genera altas temperaturas, hasta 3000 °C, para fundir el hierro reducido y soldar los rieles, etc. Este método también se utiliza para fundir metales refractarios como níquel, cromo, manganeso y vanadio. El aluminio también se utiliza para fabricar espejos para instrumentos de precisión, como telescopios reflectantes, y para producir pintura y fuegos artificiales. La industria de artículos de primera necesidad fabrica utensilios de cocina y vajillas en grandes cantidades.