Курсовая работа (т): Синтез алюмокалиевых квасцов K2SO4*Al2(SO4)3*24H20

(Na, K)₂[Al₂Si₂O₈] + 2CaCO₃ = 2CaSiO₃ + NaAlO₂ + KAlO₂ + 2CO₂­

б) образовавшуюся массу выщелачивают водой - образуется раствор алюминатов натрия и калия и шлам CaSiO₃:

NaAlO₂ + KAlO₂ + 4H₂O = Na [Al(OH)₄] + K [Al(OH)₄]

в) через раствор алюминатов пропускают образовавшийся при спекании CO₂:

Na [Al(OH)₄] + K [Al(OH)₄] + 2CO₂ = NaHCO₃ + KHCO₃ + 2Al(OH)₃

г) нагреванием Al(OH)₃ получают глинозем:

Al(OH)₃ = Al₂O₃ + 3H₂O

д) выпариванием маточного раствора выделяют соду и поташ, а ранее полученный шлам идет на производство цемента.

При производстве 1 т Al₂O₃ получают 1 т содопродуктов и 7.5 т цемента.

Некоторые алюмосиликаты обладают рыхлой структурой и способны к ионному обмену. Такие силикаты - природные и особенно искусственные - применяются для водоумягчения. Кроме того, благодаря своей сильно развитой поверхности, они используются в качестве носителей катализаторов, т.е. как материалы, пропитываемые катализатором.

Галогениды алюминия в обычных условиях - бесцветные кристаллические вещества. В ряду галогенидов алюминия AlF₃ сильно отличается по свойствам от своих аналогов. Он тугоплавок, мало растворяется в воде, химически неактивен. Основной способ получения AlF₃ основан на действии безводного HF на Al₂O₃ или Al:

₂O₃ + 6HF = 2AlF₃ + 3H₂O

Соединения алюминия с хлором, бромом и иодом легкоплавки, весьма реакционноспособны и хорошо растворимы не только в воде, но и во многих органических растворителях. Взаимодействие галогенидов алюминия с водой сопровождается значительным выделением теплоты. В водном растворе все они сильно гидролизованы, но в отличие от типичных кислотных галогенидов неметаллов их гидролиз неполный и обратимый. Будучи заметно летучими уже при обычных условиях, AlCl₃, AlBr₃ и AlI₃ дымят во влажном воздухе (вследствие гидролиза). Они могут быть получены прямым взаимодействием простых веществ.

Плотности паров AlCl₃, AlBr₃ и AlI₃ при сравнительно невысоких температурах более или менее точно соответствуют удвоенным формулам - Al₂Hal₆. Пространственная структура этих молекул отвечает двум тетраэдрам с общим ребром. Каждый атом алюминия связан с четырьмя атомами галогена, а каждый из центральных атомов галогена - с обоими атомами алюминия. Из двух связей центрального атома галогена одна является донорно-акцепторной, причем алюминий функционирует в качестве акцептора.

С галогенидными солями ряда одновалентных металлов галогениды алюминия образуют комплексные соединения, главным образом типов M₃[AlF₆] и M[AlHal₄] (где Hal - хлор, бром или иод). Склонность к реакциям присоединения вообще сильно выражена у рассматриваемых галогенидов. Именно с этим связано важнейшее техническое применение AlCl₃ в качестве катализатора (при переработке нефти и при органических синтезах).

Из фторалюминатов наибольшее применение (для получения Al, F₂, эмалей, стекла и пр.) имеет криолит Na₃[AlF₆]. Промышленное производство искусственного криолита основано на обработке гидроксида алюминия плавиковой кислотой и содой:

2Al(OH)₃ + 12HF + 3Na₂CO₃ = 2Na₃[AlF₆] + 3CO₂ + 9H₂O

Хлоро-, бромо- и иодоалюминаты получаются при сплавлении тригалогенидов алюминия с галогенидами соответствующих металлов.

Хотя с водородом алюминий химически не взаимодействует, гидрид алюминия можно получить косвенным путем. Он представляет собой белую аморфную массу состава (AlH₃)_n. Разлагается при нагревании выше 105^оС с выделением водорода.

При взаимодействии AlH₃ с основными гидридами в эфирном растворе образуются гидроалюминаты:

+ AlH₃ = Li[AlH₄]

Гидридоалюминаты - белые твердые вещества. Бурно разлагаются водой. Они - сильные восстановители. Применяются (в особенности Li[AlH₄]) в органическом синтезе.

Сульфат алюминия Al₂(SO₄)₃^.18H₂O получается при действии горячей серной кислоты на оксид алюминия или на каолин. Применяется для очистки воды, а также при приготовлении некоторых сортов бумаги.

Алюмокалиевые квасцы KAl(SO₄)₂^.12H₂O - большие прозрачные бесцветные октаэдрической формы кристаллы сладкого вяжущего вкуса; плохо растворимы в холодной воде, хорошо - в горячей; на воздухе почти не выветриваются. При 92°C алюмокалиевые квасцы плавятся в кристаллизационной воде, при 120°C теряют кристаллизационную воду, превращаясь в "жженные квасцы" - белый порошок, плохо растворимый в воде. получили свое название еще в XV веке от славянского "кысати", "киснуть", за их вяжущий вкус.

алюминий лечебный косметический алюмокалиевый

1.7 Лечебные свойства алюмокалиевых квасцов

Используется в составе ранозаживляющих средств, как вяжущее, прижигающее и кровеостанавливающее средство.

Противовоспалительный эффект квасцов складывается из совокупности вяжущего и подсушивающего действий. В больших концентрациях квасцы обладают прижигающим и кровоостанавливающим действием. Дезинфицирующее (обеззараживающее) свойство квасцов связано, во-первых, с тем, что они обездвиживают микроорганизмы (фиксируют их), а во-вторых, входящий в их состав алюминий обладает антимикробным действием. Перечисленные качества квасцов позволяют использовать их при различных заболеваниях кожи и слизистых оболочек.

Квасцы как вяжущие средства образуют на месте контакта с кожей и слизистыми оболочками пленочку, защищающую нервные окончания кожи и слизистых оболочек от воздействия различных раздражающих агентов. При этом стихают субъективные ощущения напряжения, болезненности, жжения, зуда. Высушивающее действие квасцов обусловлено тем, что они уплотняют стенки капилляров и мелких сосудов, уменьшая пропотевание тканевой жидкости, гиперемию и отек. Квасцы позволяют устранить острые воспалительные явления при дерматите, опрелости, токсикодермии, экзематизированном нейродермите, экземе, дисгидротическом микозе, уменьшить болезненность, жжение и зуд при стоматите, гингивите, вульвовагините, баланите, блефароконъюнктивите. С помощью квасцов можно разрушить (прижечь) остроконечные кондиломы и устранить кровотечение при мелких порезах во время бритья. Квасцы можно использовать для лечения жирной себореи, а также для приведения в порядок жирной, пористой, "вялой", увядающей кожи.

Незаменимы квасцы при локальной повышенной потливости - гипергидрозе, который способствует возникновению и развитию грибковых заболеваний стоп (микозов). Борьба с гипергидрозом является важным моментом в профилактике микозов стоп и их осложнений, и использование жженых квасцов в виде порошка и присыпок может оказать помощь в этой борьбе.

1.8 Косметические свойства

Применяются в косметологии в составе антиперспирантов и средств по уходу за кожей. Квасцы снижают секрецию потовых и сальных желез, являясь довольно сильными антиперспирантами, а также оказывают дезодорирующий эффект. Они могут быть использованы для всех типов кожи. Особенно полезным является тот фактор, что их можно использовать для маленьких детей.

Многие соединения алюминия, которые обычно используются в дезодорантах-антиперспирантах, проникают в кровь, очень медленно выводятся из организма и накапливаются во внутренних органах. Кроме этого, они способны образовывать пробки в протоках потовых желез, с последующим нарушением функционирования желез. Этот факт вызывает серьезные опасения медиков.

Действительно справляясь со своей задачей, в отличие от современных дезодорантов, он, в отличие от них же, не вызывает аллергии и может без опаски использоваться астматиками и беременными женщинами.

Кроме того, дезодорант на основе квасцов обладает целым рядом других полезных свойств:

устраняет зуд и отечность от укусов комаров и мошек

изумительно помогает при пародонтозе и кровоточивости десен

обладая вяжущим действием, может использоваться после бритья, предупреждая раздражение кожи и заживляя мелкие порезы

отлично справляется с молочницей у женщин-моментально снимает аллергический зуд

убирает запахи чеснока, рыбы, отбеливателя с Ваших рук

1.9 Другое применение

Квасцы алюмокалиевые технические (калий-алюминий дисульфат) применяются в меховой и кожевенной промышленности для выделки меха и кожи. Также применяются в целлюлозно-бумажной промышленности в качестве коагулянта. Также алюмокалиевые квасцы применяются для очистки питьевых и сточных вод промышленных, коммунальных и пр., а также как разрыхлитель при выпечке хлебобулочных изделий и в качестве регулятора кислотности и стабилизатора.

Из остальных производных алюминия следует упомянуть его ацетат (иначе - уксуснокислую соль) Al(CH₃COO)₃, используемый при крашении тканей (в качестве протравы) и в медицине (примочки и компрессы). Нитрат алюминия легко растворим в воде. Фосфат алюминия нерастворим в воде и уксусной кислоте, но растворим в сильных кислотах и щелочах.

.10 Алюминий в организме

Алюминий входит в состав тканей животных и растений; в органах млекопитающих животных обнаружено от 10^-3 до 10^-5% алюминия (на сырое вещество). Алюминий накапливается в печени, поджелудочной и щитовидной железах. В растительных продуктах содержание алюминия колеблется от 4 мг на 1 кг сухого вещества (картофель) до 46 мг (желтая репа), в продуктах животного происхождения - от 4 мг (мед) до 72 мг на 1 кг сухого вещества (говядина). В суточном рационе человека содержание алюминия достигает 35-40 мг.

Известны организмы - концентраторы алюминия, например, плауны (Lycopodiaceae), содержащие в золе до 5,3% алюминия, моллюски (Helix и Lithorina), в золе которых 0,2-0,8% алюминия. Образуя нерастворимые соединения с фосфатами, алюминий нарушает питание растений (поглощение фосфатов корнями) и животных (всасывание фосфатов в кишечнике).

.11 Геохимия алюминия

Геохимические черты алюминия определяются его большим сродством к кислороду (в минералах алюминий входит в кислородные октаэдры и тетраэдры), постоянной валентностью (3), слабой растворимостью большинства природных соединений. В эндогенных процессах при застывании магмы и формировании изверженных пород алюминий входит в кристаллическую решетку полевых шпатов, слюд и других минералов - алюмосиликатов.

В биосфере алюминий - слабый мигрант, его мало в организмах и гидросфере. Во влажном климате, где разлагающиеся остатки обильной растительности образуют много органических кислот, алюминий мигрирует в почвах и водах в виде органоминеральных коллоидных соединений; алюминий адсорбируется коллоидами и осаждается в нижней части почв.

Связь алюминия с кремнием частично нарушается и местами в тропиках образуются минералы - гидрооксиды алюминия - бемит, диаспор, гидраргиллит. Большая же часть алюминия входит в состав алюмосиликатов - каолинита, бейделлита и других глинистых минералов. Слабая подвижность определяет остаточное накопление алюминия в коре выветривания влажных тропиков. В результате образуются элювиальные бокситы.

В прошлые геологические эпохи бокситы накапливались также в озерах и прибрежной зоне морей тропических областей (например, осадочные бокситы Казахстана). В степях и пустынях, где живого вещества мало, а воды нейтральные и щелочные, алюминий почти не мигрирует. Наиболее энергична миграция алюминия в вулканических областях, где наблюдаются сильнокислые речные и подземные воды, богатые алюминием. В местах смещения кислых вод с щелочными - морскими (в устьях рек и других), алюминий осаждается с образованием бокситовых месторождений.

.12. Применение чистого алюминия

Сочетание физических, механических и химических свойств алюминия определяет его широкое применение практически во всех областях техники, особенно в виде его сплавов с других металлами.

В электротехнике алюминий успешно заменяет медь, особенно в производстве массивных проводников, например, в воздушных линиях, высоковольтных кабелях, шинах распределительных устройств, трансформаторах (электрическая проводимость алюминия достигает 65,5% электрической проводимости меди, и он более чем в три раза легче меди; при поперечном сечении, обеспечивающем одну и ту же проводимость, масса проводов из алюминий вдвое меньше медных).

Сверхчистый алюминий употребляют в производстве электрических конденсаторов и выпрямителей, действие которых основано на способности оксидной пленки алюминия пропускать электрический ток только в одном направлении. Сверхчистый алюминий, очищенный зонной плавкой, применяется для синтеза полупроводниковых соединений типа А_III B_V, применяемых для производства полупроводниковых приборов.

Чистый алюминий используют в производстве разного рода зеркальных отражателей. Алюминий высокой чистоты применяют для предохранения металлических поверхностей от действия атмосферной коррозии (плакирование, алюминиевая краска). Обладая относительно низким сечением поглощения нейтронов, алюминий применяется как конструкционный материал в ядерных реакторах.

В алюминиевых резервуарах большой емкости хранят и транспортируют жидкие газы (метан, кислород, водород и т.д.), азотную и уксусную кислоты, чистую воду, перекись водорода и пищевые масла.

Алюминий широко применяют в оборудовании и аппаратах пищевой промышленности, для упаковки пищевых продуктов (в виде фольги), для производства разного рода бытовых изделий. Резко возросло потребление алюминия для отделки зданий, архитектурных, транспортных и спортивных сооружений.

В металлургии алюминий (помимо сплавов на его основе) - одна из самых распространенных легирующих добавок в сплавах на основе Сu, Mg, Ti, Ni, Zn и Fe. Применяют алюминий также для раскисления стали перед заливкой ее в форму, а также в процессах получения некоторых металлов методом алюминотермии. На основе Алюминия методом порошковой металлургии создан САП (спеченный алюминиевый порошок), обладающий при температурах выше 300°С большой жаропрочностью.

Алюминий используют в производстве взрывчатых веществ (аммонал, алюмотол). Широко применяют различные соединения алюминия.

Производство и потребление алюминия непрерывно растет, значительно опережая по темпам роста производство стали, меди, свинца, цинка.

2. Экспериментальная часть

Оборудования: фарфоровая чашка, пробирки с штативом, воронка Бюхнера, стеклянная палочка, водяная баня, измерительные стаканы.

Реактивы: сульфат алюминия (Al₂(SO₄)₃, сульфат калия (K₂SO₄).

Приготовление алюмокалиевых квасцов:

Алюмокалиевые квасцы можно получить, сливая растворы сернокислого алюминия и сернокислого калия.

Растворили 10 г Al₂(SO₄)₃ в 20 мл воды и отфильтровали. Отдельно приготовили раствор 3 г K₂SO₄ в 20 мл H₂O . Растворы слили вместе, выпарили на водяной бане до начала кристаллизации и быстро охладили при перемешивании. Выпавшие кристаллы отсасывали на воронке Бюхнера, растворили в минимальном количестве горячей H₂O и вновь охладили. Рассчитали выход препарата.

Расчёты:

Дано:

m (Al₂(SO₄)₃) =10 г

m (K₂SO₄) =3 г

V (H₂O) =20 мл

Найти: w-?

Решение:

₂SO₄+Al₂(SO₄)₃+24H₂O = 2KAl(SO₄)₂*12H₂O

1)   найдём количества вещества исходных веществ:

n (K₂SO₄) = m/M=3г/ 174г/моль = 0,017 моль

n (Al₂(SO₄)₃) = 10 г/342 г/моль = 0,029 моль

n (H₂O) = 20г/18г/моль

Считаем по недостатку, в данном случае считаем по K₂SO₄

2) обозначим K₂SO₄ = х

Сделаем пропорцию:

m (K₂SO₄)/ M(K₂SO₄) = m (2KAl(SO₄)₂*12H₂O) /M(2KAl(SO₄)₂*12H₂O)