Laboratoriniai darbai apima įvairias operacijas, kurių tikslas - susipažinti su saugaus darbo taisyklėmis, naudojamais indais ir priemonėmis, atlikti bendrąsias laboratorines operacijas, tokias kaip svėrimas, filtravimas, matavimas ir indų plovimas. Taip pat laboratorijoje atliekami įvairūs cheminiai bandymai, pavyzdžiui, sulfito rūgšties gavimas, netirpiųjų hidroksidų gavimas, aliuminio ir jo junginių tyrimai.
Bendrosios laboratorinės operacijos
Prieš pradedant darbą laboratorijoje, būtina susipažinti su saugaus darbo taisyklėmis ir naudojamomis priemonėmis. Šios priemonės apima žnyples, mentelę, šaukštelį, stiklinį vamzdelį, elektrinę plytelę, magnetinę maišyklę, krosnį, konduktorių vandens laidumui matuoti, centrifugą, dozatorių, analitines svarstykles, pH-metrą ir spektrofotometrą tirpalų koncentracijai nustatyti.
Viena iš pagrindinių laboratorinių operacijų yra svėrimas. Matavimas analitinėmis svarstyklėmis atliekamas laikantis griežtos instrukcijos. Prieš naudojant svarstykles, jos įjungiamos ir laukiama, kol ekrane pasirodys rodyklė, rodanti, kad jos paruoštos darbui. Tada atidaromos svarstyklių durelės, įdedamas indas, kuriame bus matuojama medžiaga, nustatomas svarstyklių nulis. Po to indas išimamas, į jį įdedama sveriama medžiaga ir vėl dedamas ant svarstyklių. Būtina uždaryti svarstyklių dureles.
Tirpalai imami su pipete.
Cheminiai bandymai
Sulfito rūgšties gavimas
Bandymas atliekamas traukos spintoje. Į kūginę kolbą įpilama 10 ml distiliuoto vandens. Trečdalis geležinio šaukštelio sieros miltelių kaitinamas ant elektrinės plytelės, kol užsidega. Užsidegusi siera atsargiai įleidžiama į kolbą su distiliuotu vandeniu, stengiantis nepaliečiant vandens. Kolba uždaroma kamščiu ir laukiama, kol siera sudegs. Degant sierai, susidaro sieros (IV) oksidas, kuris reaguoja su vandeniu, sudarydamas sulfito rūgštį. Po sieros sudegimo kolba užkišama kamščiu ir tirpalas maišomas, kol nebelieka baltų dūmų. Gautas tirpalas su stikline lazdele užlašinamas ant lakmuso popierėlio, stebint spalvos pasikeitimą. Ištirpinus sieros (IV) oksidą vandenyje gaunama sulfito rūgštis. Tai patvirtinama lakmuso popierėlio spalvos pasikeitimu.
Netirpiųjų hidroksidų gavimas
Netirpieji hidroksidai gaunami veikiant tirpias metalų druskas šarminiu tirpalu. Pavyzdžiui, į mėgintuvėlį pilama 4% vario sulfato tirpalo, kol susidaro mėlynos vario hidroksido nuosėdos. Reaguojant vario sulfato tirpalui su natrio šarmo tirpalu, susidaro netirpus vario hidroksidas. Taip pat į mėgintuvėlį pilamas 4% aliuminio sulfato tirpalas, po to pilamas 2N natrio šarmo tirpalas, kol susidaro baltos aliuminio hidroksido nuosėdos. Jei natrio šarmo tirpalo įpilama per daug, nuosėdos gali ištirpti. Veikiant tirpias metalų (Al ir Cu) druskas šarmo tirpalu, gaunami netirpūs Cu ir Al hidroksidai.
Aliuminio hidroksidas yra amfoterinė medžiaga, turinti bazinių ir rūgštinių savybių. Trečiame bandyme gautas aliuminio hidroksido nuosėdas perpilamas į du mėgintuvėlius. Į vieną mėgintuvėlį lašinama 2N druskos rūgšties tirpalo, kol nuosėdos ištirpsta, demonstruojant aliuminio hidroksido reakciją su rūgštimi kaip bazės. Į kitą mėgintuvėlį pilamas 2N natrio šarmo tirpalas, kol aliuminio hidroksido nuosėdos ištirpsta, rodant jo bazines savybes.
Aliuminio gavimas pramoniniu būdu
Aliuminio gamyba yra sudėtingas procesas, prasidedantis nuo žaliavos - boksito, kurio sudėtyje yra 15-25% aliuminio. Šiuo metu iškasta apie 29 milijardai metrinių tonų boksito atsargų, kurių pakaks daugiau nei 100 metų dabartiniu gavybos tempu. Naudojant Bayer’io procesą, perdirbimo gamykloje iš boksito išgaunamas aliuminio oksidas. Aliuminio atomas aliuminio oksido junginyje yra prijungtas prie deguonies, todėl jį būtina atskirti elektrolizės būdu, kad būtų išgautas aliuminio metalas. Tai atliekama didelėse gamybos linijose, kurios reikalauja daug elektros energijos.
Šiuolaikiniuose elektrolizeriuose, kuriuose naudojami elektrolizeriai su degtaisiais anodais, darbinė talpa užpildoma išlydytu elektrolitu, sudarytu iš 6-8% aliuminio oksido ir 94-92% kriolito. Tekant elektros srovei ant katodo išsiskiria lydytas aliuminis, o ant anodo - deguonis, kuris su anglies anodu sudaro CO ir CO2 junginius. Šiam procesui naudojama iki 150 kA stiprumo srovė.
Išlydytas 99,7% grynumo aliuminis išpilstomas į formas. Itin švarus aliuminis (99,9965%) gaunamas elektrolitinio pirminio aliuminio rafinavimo būdu, naudojant vadinamą trijų sluoksnių metodą, kuris sumažina priemaišų kiekį. Aliuminio elektrolitinio rafinavimo proceso tyrimai atskleidė galimybę gauti 99,999% aliuminio, sunaudojant sąlyginai mažai energijos, tačiau šis metodas kol kas yra neproduktyvus.
Gaminant aliuminį elektrolitiniu būdu, gali kilti pavojus dėl elektros srovės, aukštos temperatūros ir kenksmingų dujų. Siekiant išvengti nelaimingų atsitikimų, vonios patikimai izoliuojamos, darbuotojai dėvi specialią aprangą ir avi sausais veltiniais. Efektyvi ventiliacija palaiko sveiką atmosferą. Nuolat įkvepiant metalinio aliuminio ir jo oksido dulkes galima susirgti plaučių aliuminoze.
Aliuminio tyrimai ir jo poveikis organizmui
Aliuminio koncentracijos tyrimas kraujyje atliekamas įtariant apsinuodijimą aliuminio pertekliumi organizme. Aliuminis yra sunkusis metalas, svarbus kaulų, jungiamojo audinio formavime, didina virškinimo fermentų aktyvumą. Aliuminis kaupiasi kraujyje, kai inkstai tinkamai jo nebeišskiria, todėl šis tyrimas ypač svarbus dializuojamiems ligoniams. Jo perteklius lemia aliuminio kaupimąsi kauluose ir smegenyse, gali sukelti kaulų osteomaliaciją ir encefalopatiją.
Padidėjęs aliuminio kiekis organizme gali slopinti kalcio, magnio, geležies, vitaminų B6 ir C absorbciją. Moksliniai šaltiniai teigia, kad aliuminio perteklius gali prisidėti prie Alzheimerio ligos, osteoporozės, osteochondrozės, vaikų rachito išsivystymo.
Žmonių, kurių inkstų funkcija normali, aliuminio koncentracija kraujyje paprastai būna mažesnė nei 6 µg/l. Pacientų su inkstų nepakankamumu aliuminio koncentracija gali būti ženkliai didesnė.
Aliuminio kiekio geriamajame vandenyje nustatymas atliekamas molekulinės absorbcijos spektroskopijos metodu. Perteklinis aliuminio suvartojimas vandenyje sukelia mineralines nuosėdas ant vamzdžių ir kenkia žmonių sveikatai. Siekiant sumažinti aliuminio kiekį vandenyje, naudojami filtrai ir specialūs įrenginiai.
Aliuminio perdirbimas
Aliuminio perdirbimas yra labai efektyvus procesas. Perdirbant aliuminį sunaudojama tik 5 procentai energijos, reikalingos pirminiam metalui gaminti. Perdirbto aliuminio savybės nenusileidžia pirminiam metalui, o 75 procentai viso pagaminto aliuminio yra vis dar naudojama. Įmonės siekia augti greičiau nei perdirbimo rinka ir pirmauti aliuminio vertės grandinės perdirbimo srityje, kasmet susigrąžindamos didelius kiekius aliuminio laužo.
tags: #aliuminio #gavimas #laboratorijoje