Hliník

Základom priemyselnej výroby hliníka je čistý oxid hlinitý Al2O3, ktorý sa získava z bauxitov podľa ruského chemika A. Bayera. Bauxit sa rozdrví na drviči, následne sa suší v rotačnej peci a na guľovom mlyne sa rozomletím stáva z neho prach. Tento sa v autokláve zmieša s hydroxidom sodným. Pod tlakom 800 – 1000 Pa vzniká hlinitan sodný podľa reakcie (viď príloha s.1, 1.2). Železo nachádzajúce sa v bauxite sa vyzráža ako Fe(OH)3 a kremík ako kremičitan hlinitosodný. Odstrániť ich možno lisom ako ,,červený kal“. Z čistého hlinitanu sodného NaAlO2 zahustením a zahriatím odstránime hydroxid hlinitý, ktorý v rotačnej peci vypražíme na Al2O3. Z čistého oxidu hlinitého sa potom v elektrickej peci vyrába hliník. Pretože oxid hlinitý má teplotu topenia asi 2000˚C, musíme ju znížiť prídavkom kryolitu asi o 1000˚C. Pracuje sa so zmesou 81,5٪ kryolitu a 18,5٪ Al2O3. Návod na elektrolýzu nájdeme v Abecede chemických prvokov : ,, Elektrolýza sa robí vo veľkej vani vyloženej uhoľnými blokmi, ktoré tvoria katódu. Ako anóda sa používajú platne z elektródového uhlíka.Najprv roztavíme v kúpeli kryolit a potom do taveniny vnášame po čiastkach Al2O3. Kladne nabité hliníkové ióny sa vylučujú na katóde ako kovový hliník, ktorý sa hromadí na dne a po čase sa odpichuje.“(R. Jirkovský, J. Tržil, G. Mažáriová, s.64) Medzitým ku katóde putujú anióny kyslíka, kde sa vylučujú ako voľný kyslík, ktorý reaguje s uhlíkovou anódou na oxid uhoľnatý. Anódové uhlíky sa oxidáciou rýchle opotrebúvajú a je preto nutné, aby sa postupne ponárali do kúpeľa hlbšie a hlbšie. Po úplnom opotrebovaní sa musia nahradiť novými.


Hliník
Stručná história hliníka a jeho vlastnosti
Hliník stojí svojím výskytom medzi všetkými prvkami na treťom mieste. Vyskytuje sa hlavne v podobe podvojných kremičitanov, napríklad v sľudách, a v prosukte ich vetrania, hline. Nikdy sa nevyskytuje rýdzi. Podľa hlinílka, ktorý sa nachádza v hline, dostal tento prvok názov hliník. Medzinárodný názov aluminium jezas podľa kamenca, zlúčeniny hliníka, známej od pradávna s názvom alumen.

Oxid hliníka prvýkrát dokázal A. S. Margraaf roku 1754 práve v kremenci. No ako kov ho pripravil až r. 1827 nemecký chemik a lekár Fridrich Wöhler rozkladom bezvodného chloridu hlinitého kovovým draslíkom. V tomto čase bol hliník drahší než zlato. Pre svoj lesk bol často súčasťou heliem a gombíkov uniforiem osobnej gardy Napoleona III. Sláva tohto prvku ako drahého kovu však zanikla už r. 1886, kedy vo švajčiarsku na rýnskom vodopáde pri Neuhausene postavili prvý závod na elektrolytyckú výrobu hliníka z kryolitu – Na3AlF6.

Hliník je striebrolesklý ohybný kov hustoty 2,70;bodu topenia 660,2˚C a bodu varu 2270˚C. Špecifická elektrická vodivosť ťahaného hliníkového drôtu predstavuje asi 60٪ elektrickej vodivosti drôtu medeného. Pre jeho nízky bod topenia je tavenie hliníka obtiažnejšie ako medi. Avšak, ak je roztavený, zostáva v kvapalnom skupenstve omnoho dlhšie ako ostatné kovy. Hliník je veľmi ťažný, dá sa vytiahnuť na veľmi jemný drôt, vyvalcovať na tenké plechy a vytepať na veľmi jemné lístky, akými sú hliníkové fólie. Pevnosť v ťahu je v čistom hliníku rovná približne jednej štvrtine pevnosti medi. Na vzduchu je čistý hliník veľmi stály, pretože sa pokrýva tenkou vrstvičkou oxidu hlinitého, ktorý ho chráni pred ďalším korodovaním. Z tohto dôvodu nepodlieha rozpúšťaniu sa vo vode, ani vodnej pare za vysokých teplôt. Rozpúšťa sa však vo väčšine kyselín a tiež v alkalických luhoch. Zriedené organické kyseliny (octová, citrónová) na hliník za chladu takmer vôbec nepôsobia, ale rozrušujú ho pri teplote 100˚C. Taktiež prítomnosť kuchynskej soli urýchľuje jeho rozpúšťanie. Koncentrovaná kyselina octová, tuky a mastné kyseliny na hliník nepôsobia. Aj kyselina dusičná (zriedená i koncentrovaná) zostáva za chladu bez účinku, pri zahrievaní dochádza k búrlivej reakcii.

Ako sa píše v Anorganickej chémii H. Remyho, ,,rozpustnost hliníku se zakladá na tom, že v souhlase s jeho postavením v elektrochemické řadĕ napĕvybíjejí vodíkové ionty: Al + 3H˙=Al˙˙˙ + 3/2 H2.S vodou a se zředĕnými...kyselinami hiník nereaguje; příčinou je
tvorba málo rozpustného kysličníku hlinitého...V alkalických louzích je však kysličník hlinitý rozpustný, a to za vzniku hydroxohlinitanů.“(H.Remy,19 , s.357-8)

O výskyte Al˙˙˙ v alkalických roztokoch ďalej dodáva: ,,koncentrace iontů Al˙˙˙ je nesmírnĕ malá, a proto se potenciál kovového hliníku v tĕchto roztocích jĕštĕ značnĕposouvá smĕrem k neušlechtilým kovům. Tím se vysvětluje, že alkalické louhy tak silně napadají kovový hliník.“(viď vyššie)
Ak by sme sa pokúsili jemne zapáliť práškový hkiník, zhorel by oslnivým plameňom na oxid hlinitý a pri tom by uvolnil teplo 7,47 kcal na 1g hliníka. Pre svoju vysokú afinitu ku kyslíku sa tento neušľachtilý kov používa na uvoľňovanie obtiažne redukovateľných kovov z ich oxidov a dosahovanie vysokých teplôt. Táto vlastnosť sa používa aj dnes, napríklad pri zváraní koľajníc. Zmesi hliníka v podobe prášku alebo krupice s oxidmi iných kovov, ktoré sa špeciálne na tento účel používajú, sa nazývajú termity. Spôsob prípravy neľahko redukovateľných kovov redukciou hliníkom, zavedený H. Goldschmidtom, sa nazýva aluminotermia.

Významné hliníkové zlúčeniny a ich použitie v praxi
Všetky normálne zlúčeniny hliníka sa odvodzujú od kladne trojmocného hlinitého katiónu Al3+. Sú teda v tvare AlX3. Zo zlúčenín hliníka je najznámejší kamenec hlinito-draselný Kal(SO4)2 ּ12H2O, ktorý kryštalizuje v osemstenoch. Moria sa ním látky vofarbiarstve, využíva sa na impregnovanie nepremokavých tkanín a na úpravu papiera. V lekárstve nie je neznámy ani octan hlinitý Al(CH3COO)3 ako výborný antiseptický prostriedok na obklady a výplachy. Oxid hlinitý sa pripravuje aj umele ako elektrit alebo rubín. Pre svoju tvrdosť sú surovinou na výrobu brúsov a brúsnych papierov. Polodraholamové prírodné odrody oxidu hlinitého – korundu, červený rubín a modrý zafír, ktoré zdobia prstene a náhrdelníky, sa v súčasnosti vyrábajú i umele. Na prírodných zlúčeninách, ktorých podstatnou zložkou je hliník, na hlinitanoch, íloch, hlinách kaolínu sa zakladá keramický priemysel, výroba cementu a žiaruvzdorných materiálov. Najpoužívanejší žiaruvzdorný materiál je šamot, ktorý obsahuje až 45٪ Al2O3. Zhotovujú sa z neho tehly na stavbu pecí, vane na tavenie skloviny, tégliky na tavenie kovov. K významným zlúčeninám sa určite zaraďuje hlinka. Je to nerast so širokým použitím. Ako biely pigment sa používa v maliarstve, ako sochárska či modelárska hlina v hrnčiarstve, keramikárstve a sochárstve, kde sa ešte zväčša upravuje pálením. Hlinka nemá stále zloženie, pretože vzniká rozpadom rôznych nerastov. Chemicky vyjadrené, je to zmes hydrátov kremičitanu hlinitého Al4(SiO4)3 ּnH2O s prímesami vápenca, piesku a oxidov železa, ktoré niektoré druhy hlinky sfarbujú do červena.

Podľa zloženia alebo prímesí vyskytujúcich sa v hlinke rozlišujeme:
-slieň – ak obsahuje viac ako 30٪ prímesí
-íl – čistá hlinka, ktorá patrí do jednej z dvoch skupín
- kaolín – Al2H2(SiO4)2 ּH2O je charakteristický malým množstvom veľmi malých zŕn (do 1 mikrometra)
- montmorillonit alebo bentonit – obsahuje až 60٪ veľmi malých zŕn do 1 mikrometra

Hlinky sú schopné viazať na seba značné množstvo vody za vzniku suspenzie, ktorá má vlastnosti koloidného gélu. Po vysušení nadobúda opäť vlastnosti pevnej hmoty. Hliníkové zliatiny hydronalium (3 až 12٪ Mg), duralumínium (0,5٪ Mg, 0,5٪ Mn a 5٪ Cu) a silumínium (10-14٪ Si, 0,1٪ Na) sú výhodným konštrukčným materiálom nielen súčiastok áut, lietadiel, lodí, ale aj kuchynských nádob, pivných sudov, plechoviek na konzervy... V Abecede chemických prvkov sa dočítame zaujímavý fakt: ,,Hliníkové zrkadlá s prídavkom 4٪ cínu, 0,5٪horčíka a 0,5٪mangánu odrážajú 75٪ slnečného žiarenia, takže sa nezahrievajú.“(R. Jirkovský, J. Tržil, G. Mažáriová, s.64)

Elektrolytickou oxidáciou, čiže eloxovaním, sa hliník pokrýva tenkou vrstvičkou oxidu, ktorá ho chráni pred koróziou. Striebristý náter dymových rúr kachieľ a iných železných predmetov práškovým hliníkom zmiešaným s fermežou chráni tieto predmety pred hrdzavením. Práškový hliník zmiešaný s  okujmi (Fe3O4) vytvára termit, ktorý zapálením vyvinie teplotu až 3500˚. Zvarujú sa ním koľajnicea v druhej svetovej vojne sa používal ako náplň termitových bômb. V styku s haseným vápnom vyvíja hliníkový prášok vodík, ktorým sa nakypruje betón a pórobetón.

Zirkón
Zirkón - jeho vlastnosti a niektoré dôležité zlúčeniny
Zirkón bol objavený r. 1789 M. H. Klarprothom v zlúčenine oxide zirkoničitom izolovanom z nerastov bazilit a baddeleyt, ktoré sú súčasťou monazitových pieskov. Dostal názov podľa svojho nerastu zirkónu, ktorého odrodou ,,hyacintom" sa falšovali diamanty. Zirkónium sa najčastejšie vyskytuje v miniatúrnych kryštálikoch kremičitanu zirkoničitého, zirkóne ZrSiO4. V prírode sa nachádza častejšie než meď, olovo, zinok alebo nikel, no pre svoje veľké rozptýlenie vo vyvrelých horninách se ťažko dostupný. R. 1824 ho v nečistej forme pripravil J. J. Berzelius ako čierny prášok redukciou hexafluorozirkoničitanu draselného draslíkom. Čisté zirkónium vzniká rozkladom jodidu zirkoničitého ZrI4 na žeravom volfrámovom vlákne.Zirkónium je reaktorový oceľovosivý kov, jeho tenké pásiky možno zapáliť zápalkou. Pre vysokú teplotu tavenia, pevnosť, dobrú tvárnosť, žiaruvzdornosť a odolnosť proti korózii, i pre malú absorpciu neutrónov je esenciálnym kovom na výrobu raketových motorov, turbín lietadiel a ako konštrukčný materiál na jadrové reaktory a na stavbu chemických zariadení. Avšak jeho jadrové vlastnosti sú mierne ochabované prítomnosťou hafnia, ktorý ho vždy sprevádza. Na pohlcovanie plynov unikajúcich z tavenín pri odlievaní kovov sa vo vákuovej technike pridáva ferozirkónium. Pridaním 0,01٪ zirkónia k oceli zvýšime tvrdosť a kujnosť pancierových platní. Práškové je súčiastkou bezdymových bleskových práškov vo fotografickom priemysle, ktoré vyžarujú oslnivé biele svetlo.Zo zlúčenín je významný biely prášok - oxid zirkoničitý ZrO4, taviaci sa pri teplote 2700˚. Práve z neho sa vyrábajú tvárnice na žiaruvzdornú vymurovku hutníckych a elektrických pecí i žiaruvzdorné tégliky a izolátory. Pridáva sa aj do mliečnych glazúr vaní a nádob. Vo vodnej suspenzii ako ,,kontrastín" ho používajú lekári pri rőntgenových snímaniach žalúdka.Zo zmesi 85٪ Zr a 15٪ Y2O3 sa lidujú tyčinky, ktoré predhriate zápalkou sa stávajú elektricky vodivými, rozžeravia sa do biela a vyžarujú intenzívne svetlo. Nazývajú sa Nernstove lampy.