3. Ομάδα 13 (ΙIΙΑ) του Περιοδικού Συστήματος ......41 SiO 2 2-4% 7-9%...

36

3 Ομάδα 13 (ΙIΙΑ) του Περιοδικού Συστήματος (Οικογένεια βορίου)

Σύνοψη Παρουσιάζονται η παρασκευή ιδιότητες δομή χρήσεις των στοιχείων της ΙΙΙΑ (13) ομάδας του ΠΣ (οικογέ-νεια βορίου) Επιλέγονται τα σημαντικότερα απο τεχνολογικής πλευράς στοιχεία της ομάδας αυτής το βόριο και το αργίλιο (αλουμίνιο) για τα οποία γίνεται εκτενής αναφορά όπως σύγκριση των ιδιοτήτων τους της προέλευ-σής τους του τρόπου παρασκευής τους σε καθαρή μεταλλική μορφή των χρήσεών τους Στο βόριο αναπτύσσο-νται οι σημαντικές ενώσεις του (βοριονιτρίδια βοραζόν βοριοκαρβίδια μεταλλοβορίδια βοριοπυριτική ύαλος βορικό οξύ βόρακας υπερβορικό νάτριο) Κατόπιν παρουσιάζεται το αργίλιο με τα κυριότερα ορυκτά και κρά-ματά του με αναφορά στην παρασκευή πολύτιμων λίθων τεχνητών οξειδίων στο φαινόμενο της διάβρωσης και αναπτύσσονται οι σημαντικότερες από τεχνολογικής πλευράς ενώσεις αργιλίου (αλουμίνα θειικό αργίλιο στυ-πτηρίες αλογονίδια του αργιλίου σπινέλιοι) όπως επίσης ερμηνεύονται τα φαινόμενα του πολυμορφισμού και ισομορφισμού Για το στοιχείο γάλλιο αναφέρονται η παρασκευή καθαρού μετάλλου και οι χρήσεις του ιδιαίτερα στους ημιαγωγούς Στα κριτήρια αξιολόγησης παρουσιάζεται η εργαστηριακή άσκηση ldquoΠαρασκευή ασβεσταρ-γιλικών ενώσεων με την μέθοδο πολυμερισμού αρχικών διαλυμάτων και τη χρήση μικροκυμάτωνrdquo με τις αντί-στοιχες ερωτήσεις

Προαπαιτούμενη γνώση Ανόργανη Χημεία Ορυκτολογία Φυσικοχημεία Βιομηχανικές διεργασίες Κεραμικά υλικά Κρυσταλλογραφία Φυσικές Μέθοδοι Ανάλυσης

B Al Ga In Tl

n = 2 3 4 5 6 [n = κύριος κβαντικός αριθμός της εξωτερικής στιβάδας]

31 Γενικά

Το βόριο (Β) έχει ιδιότητες μεταξύ μετάλλου και αμετάλλου Το αργίλιο ή αλουμίνιο (Al) έχει μεταλλικό χαρακτήρα ο οποίος αυξάνεται προς το Tl (θάλλιο) Το Β ομοιάζει περισσότερο στις χημικές ιδιότητες περισσότερο με το πυρίτιο (Si) και τον άνθρακα (C) παρά με το Αl

Στον Πίνακα 31 παρουσιάζονται ορισμένες από τις ιδιότητες των στοιχείων της Ομάδας ΙΙΙΑ (13) Τα στοιχεία των Ομάδων 3 και 13 έχουν παρόμοια χαρακτηριστικά Το Al μοιάζει περισσότερο με το σκάνδιο (Sc) παρά με το γάλλιο (Ga) Όλα εκτός από το βόριο είναι μέταλλα και σχηματίζουν τρισθενή ιόντα Μ3+

37

Προέλευση

Τα στοιχεία της ομάδας Β αποτελούν το 733 του φλοιού της γης Το Αl είναι το πιο συχνά απαντώμενο στοιχείο (Σχήμα 31) Όλα βρίσκονται σε μορφή ενώσεων ιδίως οξειδίων και υδροξει-δίων Η ανάκτησή τους γίνεται από τα οξείδιά τους ή μέσω ηλεκτρόλυσης τήγματος αλάτων τους

Χρήση γενικά όλων των στοιχείων της ομάδας ΙΙΙΑ

Σε στοιχειακή μορφή χρησιμοποιούνται ως κατασκευαστικά υλικά και στην πυρηνική τεχνο-λογία Επίσης έχουν και τις ακόλουθες χρήσεις

bull Προσθήκη σε κράματα

bull Βιομηχανία ημιαγωγών

bull Βιομηχανία γυαλιούπορσελάνης

Γενικές χημικές αντιδράσεις της ομάδας ΙΙΙΑ (BG = ομάδα βορίου)

BG + H2O ⎯⎯ καμία αντίδραση (εκτός Al)

4BG + 3O2 T ⎯⎯ 2BG2O3 (σχηματισμός οξειδίων)

2BG + 3 Αλογ ⎯⎯ 2BG(Αλογ)3 (σχηματισμός αλογονιδίων)

2BG + Ν2 ⎯⎯ 2BGN (άμεσα μόνον B Al) (σχηματισμός νιτριδίων)

BG + H2 ⎯⎯ όχι άμεση αντίδραση (σχηματισμός υδριδίων)

BG(ΟΗ)3 + H2O ⎯⎯ ΒG3+ + 3OHndash + H2O (διάσταση σε ιόντα μόνον Al Ga)

BG(ΟΗ)3 + H2O ⎯⎯ ΒG(OH)4

ndash + 4H+ (μόνον στο Β)

Σκληρότητα κατά κλίμακα Mohs

Η κλίμακα Mohs περιλαμβάνει δέκα ορυκτά που το προηγούμενο χαράσσεται από το επόμενο

Σκληρότητα 1 Ορυκτό Τάλκης (στρωματικό πυριτικό ορυκτό με Mg(ΟΗ)2)

raquo 2 raquo Γύψος (CaSO4)

raquo 3 raquo Καλσίτης (CaCO3)

raquo 4 raquo Φθορίτης (CaF2)

raquo 5 raquo Απατίτης (Ca3(PO4)2)

raquo 6 raquo Ορθόκλαστο (Αργιλοπυριτικό ορυκτό με K)

raquo 7 raquo Χαλαζίας (SiO2)

raquo 8 raquo Τοπάζιο (πυριτικό ορυκτό με Al F)

raquo 9 raquo Κορούνδιο (Al2O3)

raquo 10 raquo Διαμάντι (CndashC)

38

Σχήμα 31 Ομάδα ΙΙΙΑ (13) του ΠΣ (οικογένεια Βορίου)

υπόλοιπα στοιχεία

Δομική μονάδα Β 12 άτομα Β rarr Εικοσάεδρο

3 Αλλοτροπικές μορφές bull αndashΒ (ρομβικό) bull βndashΒ (πιο σταθερή μορφή σκούρο γκρι εξηντάγωνο) bull ΒΙΙ (αndashτετραγωνική μορφή κόκκινο)

39

Πίνακας 31 Στοιχεία της ομάδας ΙΙΙΑ (13) του ΠΣ (οικογένεια Βορίου)

Ιδιότητες και Σύγκριση

B Al Ga In Tl Ζ (ατομικός αριθμός) 5 13 31 49 81 Ηλεκτρονιακή απει-κόνιση (He)2s22p1 (Ne)3s23p1 (Ar)4s24p1 (Kr)5s25p1 (Xe)6s26p1

Σημείο τήξεως degC 2079 660 30 156 303

Πυκνότητα gcm3 234 270 591 731 1185 αύξηση

Ακτίνα ατόμου Aring 098 140 143 166 173 αύξηση

Ι Δυναμικό Ιονισμού σε eVmol ή kJmol

83

μοριακός δεσμός

58

60

578

61 αύξηση

798 573

Σκληρότητα στην κλίμακα Mohs

95 (σκληρό) (μεταξύ κορουνδίου

και διαμαντιού) 3 15 12

μαλακό μέταλλο (μπορεί να το χαράξει

κανείς με το νύχι) Μεταλλικός χαρα-κτήρας

Ημιμέταλλο (μοριακοί δεσμοί) Ημιαγωγός

Μέταλλο rarr αύξηση του μεταλλικού χαρακτήρα (μεταλλικοί δεσμοί) Μεταλλικός αγωγός

Αριθμός ένταξης 4 6 Κρυσταλλική δομή Εικοσάεδρο

(3 αλλοτροπικές μορφές)

Κυβικό (πυκνότατη συσσώρευση) Εδροκεντρωμένο

__________________ Στην Ομάδα ΙΙΙΑ το χαμηλότερο σημείο τήξεως παρουσιάζει το Ga Αύξηση της πυκνότητας των στοιχείων και της ατομικής ακτίνας από πάνω προς τα κάτω σε μία περίοδο του ΠΣ Μείωση του δυναμικού πρώτου ιονισμού από πάνω προς τα κάτω σε μία περίοδο του ΠΣ

40

32 Σύγκριση B και Al Προέλευση ndash κυριότερα ορυκτά

Τα ορυκτά του αργιλίου μπορούν να ταξινομηθούν σε τρεις γενικούς τύπους

α Αυτά που περιέχουν πυρίτιο όπως είναι οι άστριοι η μίκα και ο καολίνης

β Τα οξυγονούχα ορυκτά όπως είναι οι βωξίτες

γ Τα φθοριούχα όπως είναι ο κρυόλιθος Na3AlF6

Βόριο Αλουμίνιο

Βόρακας Na2B4Ο7 middot 10Η2Ο Βωξίτης Al2Ο3 middot Η2Ο (50) + Fe2Ο3 (30) SiΟ2 TiΟ2

Κερνίτης Na2B4Ο7 middot 4Η2Ο Το κυριότερο τεχνολογικά χρήσιμο ορυκτό του Αl

Κολεμανίτης Ca2B6Ο11 middot 5Η2Ο Ονομασία Les Baux (Γαλλία)

ΗΠΑ (Νεβάδα) Τουρκία Αργεντινή Αυστραλία Βραζιλία Κίνα Γαλλία Ελλάδα (1η στην ΕΕ)

Ελλάδα Αποθέματα 2000 εκ τόνοι

Ερυθρά ιλύς απόβλητο της Βιομηχανίας Αλουμινίου στην Ελλάδα παραγωγή 700000 τόνοι ετησίως

Παρακάτω δίνεται η μέση ορυκτολογική και χημική σύσταση των ελληνικών βωξιτών όπως επίσης και οι χημικές αντιδράσεις που λαμβάνουν χώρα κατά τη διαλυτοποίηση των διαφόρων κρυ-σταλλικών φάσεων του οξειδίου του Al που περιέχεται στον βωξίτη με NaOH (μέθοδος Bayer)

Ορυκτολογική σύσταση βωξιτών και ερυθράς ιλύος [13 29 34 35 38]

Βωξίτης Ερυθρά ιλύς

Βαιμίτης γndashAlO(OH) Αιματίτης Fe2O3 Διάσπορος αndashAlO(OH) Γκαιτίτης FeO(OH) Υδραργιλλίτης Al(OH)3 Διάσπορος αndashAlO(OH) Καλσίτης CaCO3 Καλσίτης CaCO3 Αιματίτης Fe2O3 Ιλμενίτης FeTiO3 Γκαιτίτης FeO(OH) Αργιλικό τριασβέστιο Ca3Al2O6 Ανατάσης TiO2 Ψευδορουτίλιο TiO2 Χαλαζίας SiO2 Κανκρινίτης (Na6Ca2Al6Si6O24)(CO3)2 middot 2H2O Περοβσκίτης CaTiO3 Σοδαλίτης Νa8Al6Si6O24Cl2

Χημική σύσταση βωξιτών και ερυθράς ιλύος [13]


Al2Ο3 57-60 15-16 Fe2O3 21-22 42-49

41

SiO2 2-4 7-9 CaO 05-15 125-20 (προσθήκη ασβέστη για την απο-

μάκρυνση του ανθρακικού) TiO2 2-3 5-65 Na2O 25 Απώλεια πυρώσεως ~13

Διαλυτοποίηση των διαφόρων κρυσταλλικών φάσεων του οξειδίου του Al που περιέχεται στον βωξίτη με NaOH

bull Υδραργιλίτης Al2Ο3 middot 3Η2Ο + 2NaOH rarr 2NaAlO2 + 4Η2Ο (140 degC)

bull Βαιμίτης Al2Ο3 middot Η2Ο + 2NaOH rarr 2NaAlO2 + 2Η2Ο (200 degC)

bull Διάσπορος Al2Ο3 middot Η2Ο + 2NaOH rarr 2NaAlO2 + 2Η2Ο (υψηλή Τ amp Ρ)

Τρόποι παρασκευής βορίου και αργιλίου

B Al Μέθοδος Bayer

α) Na2B4O7 HCl ⎯⎯⎯ H3BO3 Βωξίτης

H2O θέρμανση

NaOH + πίεση + θερμοκρασία

B2Ο3 Al(OH)4ndash Διαλυτοποίηση

θέρμανση παρουσία Mg

Fe(OH)3 darr Ερυθρά Ιλύς

ίζημα Εμβολιασμός όχι υψηλής καθαρότητας B (άμορφο) Al(OH)3

B2O3 + 3Mg ⎯⎯ 2B + 3MgO

β) Ηλεκτρόλυση με KBF4 (αλουμίνα) αndash Al2Ο3 στους 1500 Κ (υψηλής καθαρότητας B) Ηλεκτρόλυση

950 degC παρουσία

κρυολίθου Al (καθαρό)

B Al

Η ηλεκτρόλυση γίνεται παρουσία του ευτήκτου μίγματος Na3AlF6 + CaF6 (κρυόλιθος) ο-πότε μειώνεται το σημείο τήξεως του Al2Ο3 από 2045 degC στους 950 degC (μέθοδος Hall- Heacuteroult)

Οι μέθοδοι παρασκευής Al2Ο3 και Al παρουσιάζονται αναλυτικότερα στα Σχήματα 32 amp 33

Το άτομο του αλουμινίου είναι πολύ μεγαλύτερο από το άτομο του βορίου (Πίνακας 31) Αυτό το γεγονός μαζί με την πολύ υψηλή τιμή του δυναμικού ιονισμού του Β αλλά και της ε-κλυόμενης ενέργειας για παραλαβή ηλεκτρονίων που μπορεί να οδηγήσει πχ σε ενώσεις του τύπου ΒΧ3 (όπου X = αλογόνο) εξηγούν γιατί το Β δημιουργεί μόνον ενώσεις μοριακού δεσμού ενώ το Al μπορεί να δημιουργήσει και ενώσεις ιοντικού δεσμού πχ AlF3 Βέβαια και το Al δημιουργεί ενώσεις μοριακού δεσμού [AlCl4]

ndash Το πολύ υψηλό σημείο τήξεως του Β υποδηλώνει πολύ ισχυρές δυνάμεις που συγκρατούν στην στερεά φάση τα άτομα του Β

42

Βωξίτης (50ndash55 Al2Ο3)

Άλεση

Σύντηξη σε αυτόκλειστο 6 bar 180 degC

α) Πλύσεις της Ερυθράς Ιλύ-ος σε πύργους έκπλυσης

β) Διήθηση (φιλτρόπρεσσες)

Διάλυμα (ψύξη) [Al(ΟΗ)4]

ndash + [Ga(ΟΗ)4]ndash

Εμβολιασμός με κρυ-στάλλους Al(ΟΗ)3

Ανάδευση

Καταβύθιση Al(ΟΗ)3

Πύρωση στους 1500 Κ

γ ndash Al2Ο3 995 Al2Ο3

NaOH

Ερυθρά ιλύς Fe(ΟΗ)3

(45 Fe2Ο3)

Φύλαξη σε ανε-νεργά ορυχεία

Περιστροφική κάμινος

γ ndash αλουμίνα

Αλλοτροπικές μορφές του AlO(OH) στους βωξίτες

Διάσπορος

α ndash AlO(OH) Βαιμίτης

γ ndash AlO(OH)

darr darr ρομβική

κρυσταλλική δομή

ορθορομβική δομή rarr

μικροκρυσταλλική

(δυσδιάλυτος με τη μέθοδο Bayer)

(διαλυτός με τη μέθοδο Bayer ndash

επιθυμητή μορφή)

CaO + Na2CO3

Από 2 tn βωξίτη παράγε-ται περίπου 1 tn αλουμίνα

συμπ

ύκνω

ση

[Al(Ο

Η) 4

]ndash

Σύντηξη Al(OH)3 + NaOH Na[Al(OH)4]ndash

Ca(OH)2 + Na2CO3 + SiO2 rarr CaSiO3 + 2NaOH + CO2 αδιάλυτο

Σχήμα 32 Παρασκευή αλουμίνας από βωξίτη με την μέθοδο Bayer

Ηλεκτρόλυση αλουμίνας (μέθοδος Hall- Heacuteroult)

Συνολική αντίδραση (αναγωγή οξειδίου του αλουμινίου με άνθρακα)

Al2Ο3 + 3C rarr 2Al + 3CΟ ΔH = +1345 kJ

Η ενδόθερμη αυτή αντίδραση λαμβάνει χώρα στους 2045 degC

Με τη χρήση του ηλεκτρολύτη κρυόλιθου (Na3AlF6 + CaF6) επιτυγχάνεται μείωση της θερ-μοκρασίας αντίδρασης στους 950 degC

43

950 degC 100 kΑ

C

Επιμέρους αντιδράσεις που λαμβάνουν χώρα

2Al2O3 κρυόλιθος ⎯⎯⎯⎯⎯⎯ 4Al + 3O2

άνοδος ⎯⎯⎯⎯⎯⎯ C CO2

Κάθοδος Al3+ + 3endash rarr Al

Άνοδος 2O2ndash ndash 4endash rarr Ο2

C + Ο2 rarr CΟ2

Σχήμα 33 Ηλεκτρόλυση αλουμίνας (μέθοδος Hall- Heacuteroult) 321 Γενικές χρήσεις Β και ενώσεων του

bull Συστατικό κράματος ειδικών χαλύβων μεγάλης αντοχής bull Υπερκαθαροί κρύσταλλοι Β rarr ηλεκτρονικά στοιχεία (πχ θερμίστορς θερμοκρασιακοί

ρυθμιστές και θερμοκρασιακοί αισθητήρες) bull Προσθήκη Β σε ίχνη μεταβάλλει τις ηλεκτρικές ιδιότητες των ημιαγωγών p-τύπου Si και Ge bull Ίνες πολυμερών του Β (Whiskers) σταθεροποιούν τις συνθετικές ρητίνες και τα ελαφρά μέ-

ταλλα γενικά χρήση σε οπλισμό ενίσχυσης bull Ρύθμιση πυρηνικών αντιδραστήρων με ράβδους από το ισότοπο 10BCd (δύο σταθερά ισότο-

πα 10Β 11Β) Παραλαβή και απόδοση νετρονίων bull Ικανότητα επιβράδυνσης θερμικών νετρονίων bull Σημαντικό ιχνοστοιχείο στην ανάπτυξη των φυτών bull Βοριονιτρίδια rarr πυρίμαχα υλικά και λειαντικά προηγμένα κεραμικά bull Τα ορυκτά του Βορίου χρησιμοποιούνται κυρίως στη βιομηχανία γυαλιού (40) στα απορ-

ρυπαντικά (15) για την κατασκευή εμφυαλωμάτων πορσελάνης (10) στα λιπάσματα και φυτοφάρμακα (10)

Τομή Κάτοψη

a Ηλεκτρόδια γραφίτη b Οξείδιο του μετάλλου (Al2O3) c Θερμομόνωση d Ηλεκτρολύτης e Τήγμα αλουμινίου f Άνθρακας g Άνοδος h Κάθοδος

995-999

Άνοδος

καθαρό Al

Κάθοδος

44

33 Σημαντικότερες από τεχνολογικής πλευράς ενώσεις Β

bull Νιτρίδιο του βορίου (ΒΝ)x ή Αζωτοβόριο

bull Καρβίδιο του βορίου (B13C2)

bull Μεταλλοβορίδια (MendashB)

bull Βορικό οξύ (Η3ΒO3)

bull Βοράνια και Μεταλλοβοράνια [(ΒΗ3)x BI0C2H12]

bull Αλογονίδια του βορίου (ΒΧ3)

331 Ενώσεις βορίου και αζώτου Υπάρχουν δύο κρυσταλλικές μορφές

α) Νιτρίδιο του βορίου (ΒΝ)x ή Βοριονιτρίδιο ή Αζωτοβόριο

Δομή εξαγωνικών επιπέδων όπως του γραφίτη γι αυτό ονομάζεται και εξαγωνικό νιτρίδιο του βορίου ή ανόργανος γραφίτης

Παρασκευή

B2O3 + 2NH3 900 degC ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ 2BN + 3H2O

Φυσικές amp μηχανικές ιδιότητες

bull Προηγμένο ηλεκτροκεραμικό

bull Έχει υψηλές μηχανικές αντοχές και σε αντίθεση με πολλά κεραμικά τα λεπτά φύλλα και λε-πτές ταινίες από ΒΝ είναι πολύ εύκαμπτα

bull Το ΒΝ είναι ελαφρύ και έχει εξαιρετικές μονωτικές ικανότητες θερμική αντοχή (2200 degC) και υψηλή αντίσταση σε θερμικό σοκ που προκύπτει από την ανισότροπη φύση του υλικού Επίσης παρουσιάζει αντίσταση στη χημική προσβολή παρουσία πολλών τετηγμένων μετάλ-λων

bull Έχει υψηλή θερμική αγωγιμότητα (ηλεκτροκεραμικό)

(BN)x 004ndash006 calcms degC

Χημικές ιδιότητες

Με επικάλυψη του ΒΝ με υαλώδη υμένα από Β2Ο3 μειώνεται η ταχύτητα οξείδωσης του

2BN + 3 2frasl O2 ⎯⎯⎯ B2O3 + N2

Έχοντας οξειδωτική αντίσταση το ΒΝ είναι χημικά πολύ αδρανές ακόμη και τηγμένα μέ-ταλλα δεν το προσβάλλουν Είναι αδρανές στην πλειονότητα των οξέων Η ατμοσφαιρική υγρασία πάνω από τους 100 degC προκαλεί υδρόλυσή του

45

Ανόργανος γραφίτης ή Λευκός γραφίτης (ΒΝ)n πολυμερές με μοριακούς δεσμούς μεταξύ Β και Ν

Χρήσεις

bull Πυρίμαχο υλικό για επενδύσεις κλιβάνων χωνευτήρια πυρολυτικού ΒΝ (η θερμότητα ρέει γύρω απrsquo αυτά και ελαχιστοποιεί την επίδραση των θερμών σημείων της καμίνου) υλικά κα-τασκευής πυραύλων

bull Σύνθετα ηλεκτροκεραμικά ΒΝSiO2 ή BNZrO2SiC (αντοχή σε διάβρωση και θερμοσόκ)

Το ΒΝ είναι ισοηλεκτρονικό με CndashC (ίδιο αριθμό ηλεκτρονίων και ίδιο αριθμό ατόμων)

Β έχει 3 ηλεκτρόνια σθένους και

Ν raquo 5 raquo raquo ενώ

C raquo 4 raquo raquo επομένως

ΒΝ rarr 8 ηλεκτρόνια σθένους όπως 2C

Η ομοιότητα αυτή στην ηλεκτρονιακή δομή αντανακλάται και στην κρυσταλλική δομή και στις ιδιότητες Το φαινόμενο αυτό καλείται ισομορφισμός

Ηλεκτρονιακή απεικόνιση του βορίου Β = 1s22s22p1

Β στις ενώσεις του 1s22s2px2py2pz rarr 1s22pz2(sp2)1(sp2)1(sp2)1

Ηλεκτρονιακή απεικόνιση του αζώτου Ν = 1s22s22p3

Ν στις ενώσεις του 1s22s2px2py2pz2 rarr 1s22pz

22(sp2)1(sp2)1(sp2)1

Μοριακοί δεσμοί μεταξύ των κατά το ήμισυ συμπληρωμένων sp2 τροχιακών σθένους rarr εξα-γωνικό ΒΝ επίπεδο πλέγμα (Σχήμα 34)

Σχήμα 34 Εξαγωνική κρυσταλλική δομή του ΒΝ

46

Παρrsquo όλο που έχει την ίδια κρυσταλλική δομή με τον γραφίτη το αζωτοβόριο είναι μονω-τής και όχι αγωγός όπως ο γραφίτης έχει λευκό και όχι σκούρο γκρι χρώμα

Εξήγηση Τα δύο ηλεκτρόνια που δεν συμμετέχουν στον δεσμό είναι εντοπισμένα στο Ν και δεν κινούνται στα μοριακά δεσμικά τροχιακά π όπως στον γραφίτη (Σχήμα 35)

Γραφίτης (εξαγωνική δομή στρώματα)

ΒΝ (βοριονιτρίδιο)

Ανόργανος γραφίτης

Σχήμα 35 Κρυσταλλική δομή του γραφίτη και του βοριονιτριδίου

Όλα τα εξάγωνα βρίσκονται ακριβώς το ένα πάνω στο άλλο (πάνω και κάτω από κάθε άτομο Ν βρίσκεται ένα άτομο Β και αντίστοιχα πάνω από κάθε Β ένα άτομο Ν ndash βλ Σχήμα 34) Σε αντί-θεση με τον γραφίτη όπου έχουμε μετατόπιση του δακτυλίου (Σχήμα 35)

Γενικά τα κύρια ανόργανα υλικά που χρησιμοποιούνται για την κατασκευή κεραμικών και πυρίμαχων είναι

Ι Οξείδια

1 Αλουμίνα (Al2O3)

2 Ζιρκονία (ZrO2)

3 Μαγνησία (MgO)

ΙΙ Τα μη οξείδια (προηγμένα κεραμικά)

1 Ανθρακοπυρίτιο (SiC)

2 Σιλικονοτρίδια (Si3N4)

3 Βοριονιτρίδια (BN)

4 Νιτρίδιο του αλουμινίου (AlN)

47

β) Βοραζόν

Βοριονιτρίδιο κυβικής συμμετρίας όπως το διαμάντι γι αυτό και ονομάζεται ανόργανο δια-μάντι (Σχήμα 36) Παρασκευάζεται από το εξαγωνικό ΒΝ σε υψηλή πίεση (50000 bar) και υψηλές θερμοκρασίες (1500ndash1700 degC) Είναι πάρα πολύ σκληρό (σκληρότητα 95 μετά το διαμάντι το σκληρότερο υλικό) καίγεται στους 1900 degC

Διαμάντι (κυβικό σύστημα)

ΒΝ (βοραζόν)

Ανόργανο διαμάντι

Σχήμα 36 Κρυσταλλική δομή του διαμαντιού και του βοραζόν

Χρήσεις

Λειαντικό υλικό κοπτικό υλικό για την επεξεργασία σκληρών χαλύβων χρωμιονικελιού-χων χαλύβων

Η σκληρότητά του παραμένει ως τους 600 degC ενώ του WC (καρβιδίου του βολφραμίου) μειώνεται σημαντικά στους 300ndash400 degC

Το κόστος παραγωγής του βοραζόν είναι ίσο με το κόστος παραγωγής τεχνητών διαμαντιών αλλά υπερέχει λόγω της αυξημένης σταθερότητάς του στις υψηλές θερμοκρασίες και χρησιμοποιεί-ται και ως διατρητικό πετρωμάτων

332 Ενώσεις βορίου και άνθρακα (καρβίδια)

Καρβίδιο του βορίου ή ανθρακοβόριο (Καρβίδιο Μοριακού Δεσμού)

Χημικός Τύπος B4C ή B13C2

48

Εικοσάεδρα Β κατανέ-μονται στις κορυφές της δομικής κυψελίδας Δεσμός CndashΒ sp υβριδισμός

ηλεκτρκάμινος

Σχήμα 37 Ρομβοεδρικό B13C2

Φυσικοχημικές Ιδιότητες μαύροι γυαλιστεροί κρύσταλλοι ανθεκτικοί σε χημικά αντιδραστήρια (χλωρικό κάλιο νιτρικό οξύ)

Παρασκευή

Θερμική αναγωγή του οξειδίου του βορίου παρουσία κωκ

2B2O3 + 4C 2600 degC ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ B4C + 3CO2

Ιδιότητες

bull Σκληρότητα περίπου όπως το διαμάντι

bull Υψηλό σημείο τήξεως (2450 degC)

bull Εξαιρετικής αντοχής μηχανικές ιδιότητες

Χρήση

bull Λειαντικό υλικό

bull Υλικό αμμοβολής για τον καθαρισμό και τη στίλβωση επιφανειών

bull Σε μορφή ράβδων για την επιβράδυνση των θερμικών νετρονίων Χρησιμοποιείται αντί του βορίου το οποίο είναι ακριβότερο υλικό (το B4C έχει 78 Β)

bull Ηλεκτρόδια έναυσης

49

ή B4C

333 Ενώσεις βορίου και μετάλλων (μεταλλοβορίδια)

Μεταλλοβορίδια Ενώσεις βορίου με στοιχεία λιγότερο ηλεκτροαρνητικά από το Β πχ μέ-ταλλα (Me)

Παρασκευή

Εργαστηριακή σύνθεση Me ή MeO2 + B 2000 degC ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ MeB2

Βιομηχανική παραγωγή μεταλλοβοριδίων

MeO2 + 2B2O3 + 4C ⎯⎯⎯ MeB4 + 4CO uarr

Οξείδια μετάλλων + βοριοκαρβίδιο rarr μεταλλοβορίδιο

Ιδιότητες

Ομοιάζουν με τα καρβίδια του βορίου ως προς την σκληρότητα αλλά υπερέχουν εκείνων διότι έχουν ηλεκτρική αγωγιμότητα ίση προς τα μέταλλα και μεγάλη αντίσταση στην προσβολή από τετηγμένα μέταλλα (χημικά αδρανή)

Έτσι το τιτανοβορίδιο TiB2 είναι καλύτερος αγωγός ηλεκτρισμού από το καθαρό μεταλλικό τιτάνιο Το TiB2 έχει 10 φορές μεγαλύτερη ηλεκτρική και θερμική αγωγιμότητα από το Ti και ση-μείο τήξεως 2900 degC (κατά 1300 degC υψηλότερο του Ti) Οι ιδιότητες των μεταλλοβοριδίων εξαρτώ-νται από την αναλογία των συστατικών τους Όσο μεγαλύτερη είναι η αναλογία του Β ως προς το μέταλλο rarr σχηματισμός στρωμάτων όπως στον γραφίτη Αυτά τα βορίδια έχουν τη μεγαλύτερη αγωγιμότητα σκληρότητα και υψηλότερο σημείο τήξεως

Τύποι βοριδίων

Me2B MeB MeB2 MeB4 MeB6 MeB12

Σχήμα 38 Στρωματική διάταξη του ΑlΒ2 (όπου Μ = Al) Τα άτομα του Β σχηματίζουν εξαγωνικά στρώματα όπως ο γραφίτης και εναλλάξ υπάρχουν στρώματα του μετάλλου (Al)

50

Πίνακας 32 Παραδείγματα μεταλλοβοριδίων και οι δομές τους Χημ τύπος Παράδειγμα ΒndashΒ δεσμός Διατάξεις βορίου

M4B Mn4B Μεμονωμένα άτομα M3B Ni3B Τα άτομα του Β βρίσκονται σε διάκενα

στρωμάτων ατόμων μετάλλου M2B Be2B M3B2 V3B2 Ζεύγη

ΜΒ NiΒ

FeB Zigzag αλυσίδες

M11B8 Ru11B8 Δικτυωμένες αλυσί-

δες

M3B4 Ta3B4

Cr3B4

Διπλές αλυσίδες

MB2 CrB2

TiB2 MgB2 ZrB2 GdB2

Δισδιάστατα πλέγμα-τα (περιλαμβάνουν βορίδια με εξαιρετι-κές αγώγιμες ιδιότη-τες μεγάλη σκληρό-τητα και πολύ υψηλά σημεία τήξεως)

MB4 LaB4 Τρισδιάστατα πλέγ-

ματα B6 οκτάεδρο

MB6 LaB6 MB12 YB12 B12 κυβικό οκτάεδρο MB15 NaB15 B12 εικοσάεδρο M3B12 B4C MB66 YB66 B12(B12)12 γίγαντας εικοσάεδρο

Χρήσεις

Όπως τα καρβίδια του βορίου αλλά υπερέχουν αυτών Χρήση του Fe2B ή FeB με ποσοστό Al για την κατασκευή ανθεκτικών χαλύβων και ως προσθήκη στην παραγωγή χυτοσιδήρου

334 Ενώσεις βορίου και οξυγόνου

Στις ενώσεις βορίου-οξυγόνου υπάρχουν απλοί μοριακοί δεσμοί ΒndashΟ που σχηματίζουν τρι-

51

βόρακας

γωνικές ΒΟ3 ή τετραεδρικές ομάδες ΒΟ4 αντίστοιχες με τις ομάδες SiΟ4 με τις οποίες συνυπάρ-χουν όπως (Σχήμα 39)

Βοριοπυριτική ύαλος (pyrex) Συμπλέγματα ΒΟ3 και SiΟ4 ομάδων συνεννούμενα μέσω ατόμων οξυγόνου rarr αλυσωτές ή κυκλικές δομές όμοιες με αυτές των πυριτικών ενώσεων (το Β έχει διαγωνιακές ομοιότητες με το Si)

Σχήμα 39 Δομές βορικών ανιόντων bull Άτομο Β Ο Άτομο Ο Το βόριο δεν σχηματίζει σταθερές ενώσεις με λιγότερα από τρία οξυγόνα α) Βορικό οξύ (ορθορομβικό) Η3ΒΟ3 Παρασκευή

Na2B4O7 + 2HCl + 5H2O ⎯⎯⎯⎯ 4H3BO3 + 2NaCl

Ιδιότητες

Εξαγωνικοί φυλλώδεις κρύσταλλοι λιπαρής αφής Σχηματισμός δισδιάστατων στρωμάτων μέσω υδρογονικών δεσμών Μεταξύ των στρωμάτων επικρατούν μόνον δυνάμεις Van der Waal (Σχήμα 310)

Ασθενές μονοπρωτικό οξύ

B(OH)3 + HOH H+ + B(OH)4ndash pΚ = 925 και επομένως

ισχυρή υδρόλυση των αλάτων του

B(OH)4ndash B(OH)3 + OHndash

Βορικά άλατα Ορθο- Μέτα- και Πολυβορικά άλατα

52

Σχήμα 310 Δομή του ορθορομβικού οξέος Β(ΟΗ)3 = Η3ΒΟ3 Μήκος δεσμού ΒndashΟ = 1361 Aring αντι-στοιχεί σε μήκος μεταξύ απλού (147 Aring) και διπλού δεσμού (127 Aring) Χρήσεις του βορικού οξέος και των αλάτων του

bull Αντισηπτικό (πχ έκπλυση οφθαλμών δεσμεύει τις απαραίτητες για τα βακτηρίδια βιταμίνες σχηματίζοντας βοριοσύμπλοκα)

bull Υαλουργία

bull Κατασκευή σμάλτου

bull Απορρυπαντικά

β) Βόρακας Na2Β4Ο7 middot 10H2O Παρασκευή

Από τον Κερνίτη (Na2Β4Ο7 middot 4H2O) Διαλυτοποίηση σε θερμό νερό υπό πίεση και κατόπιν ανακρυστάλλωση

[B4O5(OH)4]

2ndash Υδροξυβορικό ανιόν

Σχήμα 311 Δομή του Na2Β4Ο7 middot 10Η2Ο που αντιστοιχεί σε [Na(Η2Ο)4]2[B4O5(OH)4]

53

βόρακας υπεροξείδιο Na darr ασταθές

Χρήσεις

bull Λευκαντικό σε απορρυπαντικά

bull Αντισηπτικό

bull Κολλάρισμα χαρτιού

bull Καθαρισμός μετάλλων κατά τις συγκολλήσεις rarr διαλύει τα μεταλλοξείδια

bull Σύντηξη βόρακα με άλατα μετάλλων rarr υαλώδες σώμα (Borax-perle) rarr χαρακτηριστικό χρώμα για κάθε μέταλλο rarr ποιοτική ανίχνευση μετάλλου Πχ

Βόρακας + CoSO4 900 degC ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ Co(BO2)2 μπλε χρώμα

bull Εμφυάλωση πορσελάνης και μεταλλικών σκευών (Eacutemailleacute)

bull Αποσκληρυντής νερού (παλαιότερα Kaiserborax)

bull Παρασκευή ειδικών γυαλιών οπτικής χρήσεως

bull Πρώτη ύλη για την παρασκευή των υπερβορικών αλάτων

γ) Υπερβορικό νάτριο NaΒΟ3 middot 4H2O ή [NaΒΟ2 middot H2O2 middot 3H2O] Παρασκευή

Na2B4O7 + Na2O2 + 4H2O ⎯⎯⎯⎯ NaBO2 ∙ H2O2 ∙ 3H2O + 3NaBO2 (μεταβορικό νάτριο)

περαιτέρω αντίδραση προς NaBΟ2 middot Η2Ο2 middot 3Η2Ο με προσθήκη Η2Ο2

Χρήσεις

Ως πρόσθετο στα

bull Απορρυπαντικά (λευκαντικό)


bull Βαφές μαλλιών

34 Αργίλιο ή αλουμίνιο ιδιότητες και χρήσεις του Προέλευση

Μετά το Ο και το Si είναι το τρίτο πιο συχνά απαντώμενο στοιχείο και το πρώτο από τα μέ-ταλλα Απαντάται μόνον σε μορφή οξυγονούχων ενώσεών του

54

Σπουδαιότερα ορυκτά του Αl

Βωξίτης AlO(OH)

Κορούνδιο Al2O3

Καολίνης Al2[Si2O5](OH)4 = Al2O3 middot 2SiO2 middot 2Η2O

Άστριοι Κ[AlSi3O8] (ορθοκλάστης)

Na[AlSi3O8] (αλβίτης)

Ca[Al2Si3O8] (ανορθίτης)

Μαρμαρυγίες ή μίκα ΚΑl2[AlSi3O8] (μοσχοβίτης)

Ιδιότητες αλουμινίου

Το αλουμίνιο είναι επαμφοτερίζον στοιχείο

Συμπεριφορά Al σε οξέα

Σε μη οξειδωτικά οξέα rarr διαλυτοποίηση πχ σε HCI

Al + 3H+ ⎯⎯⎯⎯ Al3++15 H2

darr

Al+3H+ ⎯⎯⎯⎯ Al(H2O)6

3+

σε οξειδωτικά οξέα πχ ΗΝO3 δεν διαλυτοποιείται παθητικοποίηση του μεταλλικού Al rarr σχηματισμός υμένα Al2O3

Διαλυτοποίηση του μεταλλικού Al με αλκάλια (Al επαμφοτερίζον)

2Al + 2OHndash + 10H2O ⎯⎯⎯⎯ 2[Al(OH)4(H2O)2]ndash + 3H2

Χαρακτηριστικά κράματα του Al

bull Ντουραλουμίνιο (Dural) 4 Cu 03 Mg 1 Mn 05 Si (ανθεκτικό κράμα με χρήση στην αεροναυπηγική)

bull Silumin AlndashSi (Si έως 14) χρήση στην αρχιτεκτονική

bull AlndashMg (3-7 Mg) αυξημένη μηχανική και χημική αντοχή χρησιμοποιείται κυρίως στα πλοία και στη χημική βιομηχανία

bull Κράμα AlndashNindashCo έχει μαγνητικές ιδιότητες

55

Πολύτιμοι λίθοι

Al2O3 με προσμίξεις οξειδίων των μετάλλων lt 05

Όνομα Οξείδιο του μετάλλου Χρώμα

Ρουμπίνι Cr (III) κόκκινο

Ζαφείρι Ti Fe μπλε (λευκό διαφανές)

Αμέθυστος V ιώδες (βιολέτ)

Τοπάζιο (Μάτι της τίγρης) Mn χρυσαφί-κίτρινο

Σμαράγδι Co Zn V Mg πράσινο

341 Βιομηχανική παραγωγή τεχνητών οξειδίων (μονοκρυστάλλων) Στο Σχήμα 312 παρουσιάζεται η διάταξη βιομηχανικής παραγωγής μονοκρυστάλλων με χρήση μιγμάτων Al2O3 και των αντίστοιχων προσμίξεων Τα τεχνητά ρουμπίνια χρησιμοποιούνται ως μονοκρύσταλλοι στα Laser Όταν πέσει ακτινοβολία ορισμένου μήκους κύματος εκπέμπεται από τον κρύσταλλο μονοχρωματική έντονη εστιασμένη ακτινοβολία που χρησιμοποιείται στις τηλεπικοι-νωνίες

Σχήμα 312 Βιομηχανική παραγωγή μονοκρυστάλλου τεχνητού οξειδίου Κοχλιωτή κίνηση (ρυθμιζό-μενη) προς τα κάτω έτσι ώστε κατά περίπτωση να ρυθμίζεται η ανάπτυξη του μονοκρυστάλλου

Al2O3 + Cr2O3 rarr ρουμπίνι Al2O3 + Fe2O3 rarr ζαφείρι Al2O3 + CoO rarr σμαράγδι

56

342 Διάβρωση του αλουμινίου Χαρακτηριστική ιδιότητα του μεταλλικού Al είναι ότι τάχιστα επικαλύπτεται με ένα προστα-τευτικό επιφανειακό στρώμα Al2O3 (ακριβέστερα Al2(OH)6) ισομορφικού προς τα μέταλλα (ίδιο κρυσταλλικό πλέγμα) Ο Hg καταστρέφει το υμένιο όπως επίσης και τα χλωριόντα Clndash (διάβρωση) (Σχήμα 313)

Παρουσία Clndash rarr διατάραξη της συνέχειας του στρώματος του οξειδίου rarr δημιουργία ατε-λειών rarr διευκόλυνση της περαιτέρω οξείδωσης του υποκειμένου μετάλλου

Ανοδίωση αλουμινίου rarr Ανοδική οξείδωση Al rarr πάχος στρώματος οξειδίου 002 mm rarr Μέθοδος Eloxal

Σχήμα 313 Σχηματική παράσταση των επιφανειακών στρωμάτων μεταλλικού Al επί του οποίου σχηματίσθηκε προστατευτικό στρώμα Al2O3 (Πυκνή συσσώρευση rarr παρεμπόδιση της διόδου ατμοσφ O2 για την περαιτέρω οξείδωση)

343 Χρήσεις αλουμινίου Μέθοδος Θερμίτη ή Αργιλοθερμαντική μέθοδος (Goldschmidt 1897)

Χημικές Αντιδράσεις

2Al + 15 O2 rarr Al2O3 ΔΗ = ndash1690 kJmol

Cr2O3 rarr 2Cr + 15 O2 ΔΗ = +1140 kJmol

2Al + CrO3 rarr Al2O3+2Cr ΔΗ = ndash550 kJmol

Η υψηλή τιμή ενθαλπίας κατά τον σχηματισμό του Al2O3 (εξώθερμη αντίδραση) καθιστά το Al (μεταλλικό) ένα πολύ χρήσιμο και ευρύτατα χρησιμοποιούμενο αναγωγικό μέσο Ανάφλεξη σκόνης Al με την επίδραση O2 Συγκόλληση μετάλλων (πχ γραμμές τραίνου)

Clndash (099 Aring) O2ndash (132 Aring)

Al3+ (083 Aring)

O2ndash (132 Aring)

Al (126 Aring)

57

Σχήμα 314 Συγκόλληση μετάλλων με τη μέθοδο θερμίτη (ο Fe που έχει τακεί γεμίζει τα διάκενα)

3Fe3O4 + 8Al rarr 4Al2O3 + 9Fe (∆H= ndash3340 kJ ≜ T =2700 degC)

Εφαρμογές της μεθόδου θερμίτη

bull Παρασκευή μετάλλων με υψηλό σημείο τήξεως από τα αντίστοιχα οξείδιά τους

bull Συγκόλληση μετάλλων

bull Φλας στην Φωτογράφιση (Al σύρμα + Ο2 rarr 150 s)

Λόγω του μικρού ειδικού βάρους του της καλής ηλεκτρικής και θερμικής αγωγιμότητάς του της σταθερότητάς του στη διάβρωση και της υψηλής αντανακλαστικότητάς του αποτελεί το Al κατασκευαστικό υλικό (το ίδιο και ιδιαίτερα τα κράματά του) με ευρύτατες εφαρμογές Μόνον ο Fe χρησιμοποιείται σε μεγαλύτερες ποσότητες από το Al ndash το οποίο χρησιμοποιείται σε

bull Κατασκευή αεροπλάνων πλοίων αυτοκινήτων

bull Φύλλα σύρματα δοχεία

bull Πυροτεχνήματα εκρηκτικό υλικό

bull Κατασκευή φραγμάτων για οπτικά όργανα

bull Παραλαβή μετάλλων και συγκολλήσεις με την μέθοδο θερμίτου

Παγκόσμια ετήσια παραγωγή 38 εκ τόνοι

Η τιμή του (περίπου 1900$tn) εξαρτάται από την τιμή του ηλεκτρικού ρεύματος

344 Σημαντικότερες από τεχνολογικής πλευράς ενώσεις αργιλίου 1) Οξείδιο του αργιλίου Al2O3 (Αλουμίνα) rarr Κύριο υλικό για κεραμικά

Υπάρχει σε διάφορες πολυμορφικές μορφές

58

bull γndashAl2O3 (απορροφητικό μέσο φορέας καταλυτών σύνθεση από το υδροξείδιο rarr πύρωση μέχρι 300 degC)

bull αndashAl2O3 (πολύ σκληρό υλικό κορούνδιο ή σμύριδα λειαντικό υλικό κατασκευή πυριμάχων σκευών)

Al(OH)3 300 degC ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ γndashAl2O3

1000 degC ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ αndashAl2O3

Κεραμικά

Άργιλος προϊόν αποσάθρωσης πυριτικών ορυκτών του αργιλίου Στη φύση απαντάται ως καολίνης Al2O3 middot 2SiO2 middot 2Η2Ο ή ως αργιλικό χώμα (μάργα)

Άργιλος ζυμούμενη με νερό και θερμαινόμενη σε Τ gt 600 degC δίνει μια σκληρή μάζα για αγ-γειοπλαστική ή κεραμευτική Πορσελάνη

2) Θειικό αργίλιο

Παρασκευή

Βωξίτης ή καολίνης + H2SO4 rarr Al2(SO4)3

Χρήσεις

bull Πρώτη ύλη για την παρασκευή σχεδόν όλων των ενώσεων Al

bull Βάση για κόλλα χαρτιού (χαρτοβιομηχανία)

bull Στυπτικό στην βυρσοδεψία και ως πρόστυμμα στην βαφική (καθαριστικό χρωμάτων)

bull Πληρωτικό υλικό συνθετικών ελαστικών

bull Συστατικό φαρμάκων

bull Κροκιδωτικό για τον καθαρισμό του πόσιμου νερού

3) Στυπτηρίες

Διπλά άλατα του γενικού τύπου

MIMIII(SO4)2 middot 12Η2Ο ισομορφισμός ίδιο κρυσταλλικό κυβικό πλέγμα αλλά διαφορετική χημική σύσταση πχ KAl(SO4)2 middot 1Η2Ο

Χρήσεις όπως το θειικό αργίλιο

4) Αλογονίδια του αργιλίου

Διμερές Al2Cl6 (δομή ανάλογη με το Β2Η6 μοριακοί δεσμοί)

59

Σχηματισμός ενώσεων προσθήκης με ανόργανους και οργανικούς δότες ηλεκτρονίων

δότης ηλεκτρονίων rarr

οξύ κατά Lewis

Χρήση ως καταλύτης στην πυρόλυση ορυκτέλαιων

5) Σπινέλιοι

Μικτά οξείδια του τύπου M2IO middot Al2O3 και ΜIIOΑl2O3

πχ Mg Αl2O4 rarr πρότυπη κρυσταλλική δομή για διπλά οξείδια

FeO middot Fe2O3 ή FeΙΙFe2ΙΙΙΟ4 μαγνητίτης

Γενικός τύπος σπινελίου

ΜΙΙΜ2ΙΙΙΟ4 πχ MgAl2O4

6) Νιτρίδιο του αλουμινίου (AlN)

AlN rarr σύνθετο κεραμικό υλικό

Καλές μηχανικές ιδιότητες σε υψηλές θερμοκρασίες και αντοχή στο θερμικό σοκ

Μειονέκτημα Αντίδραση με νερό σε θερμοκρασία περιβάλλοντος ndash Σχηματισμός μεμβράνης αλουμίνας (50 Aring) rarr μείωση δραστικότητας της σκόνης AlN

Κρυσταλλική δομή τύπου βουρτσίτη

Ιδιότητες του AlN και χρήσεις του

bull Ηλεκτρονικές και δομικές εφαρμογές

bull Υψηλή θερμική αγωγιμότητα (180-220 WmK)

bull Παρόμοιος συντελεστής θερμικής διαστολής με το SiC (σύνθετα κεραμικά υλικά AlNSiC)

bull Υψηλή ηλεκτρική αντίσταση (gt 1013 Ωmiddotcm)

bull Χαμηλή διηλεκτρική σταθερά

60

bull Αντοχή θραύσης (320 MPa)

bull Χρήση ως προστατευτικό υλικό για απορρόφηση τάσεων (Μέτρο ελαστικότητας ~300GPa)

bull Ηλεκτρονικές εφαρμογές (υβριδικά υποστρώματα περιβλήματα ημιαγωγών)

bull Δομικές χρήσεις (θωράκιση αεροναυπηγική αυτοκίνηση)

bull Τεχνολογικό εμπόδιο rarr παραγωγή μεγάλων και ομοιόμορφων τεμαχίων

35 Πολυμορφισμός ndash Ισομορφισμός Πολυμορφισμός Στοιχεία ή ενώσεις που κρυσταλλώνονται κατά διαφορετικούς ως προς την διάταξη των ατόμων τρόπους

πχ Β (τετραγωνικό ρομβικό)

αndashAl2O3 (εξαγωνικό-ρομβοεδρικό) γndashAl2O3 (κυβικό)

Αλλοτροπία Ειδική περίπτωση πολυμορφισμού Χημικά στοιχεία που εμφανίζονται σε δύο ή περισσότερες ndashόχι αναγκαστικά κρυσταλλικέςndash μορφές

πχ άνθρακας (αδάμας γραφίτης φουλερένια)

φωσφόρος (λευκός ερυθρός μέλας)

Ισομορφισμός Αντίθετο του πολυμορφισμού Ουσίες με διαφορετική χημική σύσταση αλ-λά ίδιο κρυσταλλικό πλέγμα

πχ στυπτηρίες

KMnO4KClO3

πολλές φορές ισοηλεκτρονικά μόρια σχηματίζουν ισομόρφους κρυστάλλους

πχ ΒΝ και BeO ισοηλεκτρονικά με CndashC (διαμάντι ή γραφίτης)

36 Γάλλιο Παραπροϊόν της παραγωγικής διαδικασίας αλουμινίου και ψευδαργύρου (Στους βωξίτες ~50gton) Το γάλλιο εμπλουτίζεται με το διαλυμένο Al κατά την διαδικασία Bayer και συνυπάρχει με το [ΑΙ(ΟΗ)4]

ndash ως [Ga(ΟΗ)4]ndash (τετραϋδροξο-αργιλικό ιόν και τετραϋδροξο-γαλλικό ιόν) (Σχήμα

315) To Ga ανακτάται από το διάλυμα Bayer με ηλεκτρόλυση όπου το Ga3+ ανάγεται από το Na(Hg) προς μεταλλικό Ga(Hg) Απομάκρυνση προσμίξεων

Με Η2O δίνει καθαρό NaGa(OH)4 + Hg + NaOH

darr 98-99 ανακύκλωση rarr Na(Hg) (αμάλγαμα Na)

Περαιτέρω καθαρισμός α) με ηλεκτρόλυση (999999 Ga) ή β) με μέθοδο τηγμένης ζώνης ή γ) μονοκρύσταλλος από τήγμα

61

Σχήμα 315 Ανάκτηση Ga από το διάλυμα Bayer με ηλεκτρόλυση Χρήση υπερκαθαρού γαλλίου σε ημιαγωγούς GaAs GaP GaAsP GaAlAs

Κριτήρια αξιολόγησης Άσκηση Παρασκευή ασβεσταργιλικών ενώσεων με τη μέθοδο πολυμερισμού αρ-

χικών διαλυμάτων και τη χρήση μικροκυμάτων

Συγγραφείς

Γ Κακάλη Α Γάκη

Σκοπός

Παρασκευή ασβεστοαργιλικών ενώσεων με τη μέθοδο Pechini Σύγκριση με την κλασική μέθοδο παρασκευής των ενώσεων αυτών

Θεωρητικό μέρος

Η κλασική μέθοδος παρασκευής σύνθετων οξειδίων σε καθαρή μορφή γίνεται σε στερεά κα-τάσταση και απαιτεί την πολύωρη έψηση κατάλληλων μιγμάτων πρώτων υλών σε υψηλές θερμο-κρασίες Ο σχηματισμός των ενώσεων γίνεται μέσω αντιδράσεων στερεών Το στάδιο που ελέγχει την ταχύτητα της διεργασίας είναι η διάχυση των στερεών και αυτός είναι ο λόγος που απαιτούνται

H2O NaOH Περιστρεφόμενες πλάκες Άνοδος [ΑΙ(ΟΗ)4]

ndash + [Ga(ΟΗ)4]ndash Πλάκες αποσύνθεσης

Αμάλγαμα Na Κάθοδος Ga3+ + 3Na rarr 3Na+ + Ga

NaG

a(O

H) 4

+ N

aOH

62

υψηλές θερμοκρασίες και μεγάλος χρόνος έψησης Στο Σχήμα 316 δίνεται σχηματικά η διαδικασία παρασκευής 3CaO∙Al2O3 με την κλασική μέθοδο

Σχήμα 316 Κλασικός τρόπος παρασκευής 3CaOmiddotAl2O3

Η μέθοδος πολυμερισμού αρχικών διαλυμάτων (Pechini) καθώς και η sol gel σύνθεση ανή-κουν στις τεχνικές υγρής χημικής σύνθεσης (wet chemical methods) οι οποίες χρησιμοποιούνται ευ-ρέως γα την παρασκευή καθαρών ενώσεων κεραμικών υψηλής καθαρότητας επικαλύψεων και φιλμ ινών υπεραγωγών και άλλων ανόργανων υλικών

Συγκεκριμένα η μέθοδος Pechini είναι μια τεχνική πολυμερισμού των αρχικών υγρών δια-λυμάτων (polymeric precursor route) και περιλαμβάνει την ανάμειξη των αντιδρώντων σε μορφή διαλυμάτων τη συμπλοκοποίηση των κατιόντων (Me) με κιτρικό οξύ (CA) την πολυεστεροποίηση των κιτρικών συμπλόκων με την επίδραση αιθυλενογλυκόλης (EG) την απομάκρυνση των διαλυτών και την έψηση του στερεού που προκύπτει Στο Σχήμα 317 δίνεται το διάγραμμα ροής της μεθόδου Pechini

Η μέθοδος Pechini εξασφαλίζει την πλήρη ανάμειξη των αντιδρώντων ουσιών σε μοριακό επίπεδο και οδηγεί στη δημιουργία πολυμερισμένων μακρομοριακών δικτύων (ρητίνες) που παγι-δεύουν και κατακρατούν μεγάλες ποσότητες διαλυτών Το στερεό που προκύπτει μετά την απομά-κρυνση των διαλυτών έχει υψηλό πορώδες υψηλή επιφανειακή ενέργεια και επομένως ιδιαίτερα υψηλή ελεύθερη ενέργεια με αποτέλεσμα η τελική έψηση να γίνεται σε σημαντικά μικρότερες θερ-μοκρασίες από αυτές που απαιτούνται στους κλασσικούς τρόπους παρασκευής μέσω αντιδράσεων στερεάς κατάστασης Η μέθοδος είναι κατάλληλη για την παρασκευή ενώσεων με μικρό μέγεθος κόκκων (νανοϋλικών) καθώς και υλικών υψηλής καθαρότητας και ελεγχόμενης στοιχειομετρίας και δομής

Στο Σχήμα 318 δίνεται σχηματικά οι μηχανισμοί ανάπτυξης του τελικού προϊόντος κατά την κλασική μέθοδο (a) και τη μέθοδο Pechini (b) Στην πρώτη περίπτωση η ταχύτητα της διεργασίας εξαρτάται από τη διάχυση του Ca μέσω του προϊόντος προς το Al2O3 Στην δεύτερη περίπτωση τα άτομα είναι ομοιογενώς διασκορπισμένα στο πολυμερικό δίκτυο και αντιδρούν ελεύθερα μεταξύ τους προς τον σχηματισμό του τελικού προϊόντος

Ο πιο καθοριστικός παράγοντας για την παραλαβή καθαρών τελικών προϊόντων με τη μέθο-

Άλεση

CaCO3 Al2O3

Ανάμειξη

Έψηση

T=1350degC t=19h

63

δο Pechini είναι η εξασφάλιση ενός ομοιογενούς διαλύματος το οποίο με τη σειρά του θα εξασφαλί-σει ένα ομοιογενές πρόδρομο υλικό Τυχόν ανομοιογένεια θα έχει ως αποτέλεσμα την δημιουργία δευτερεύουσων φάσεων την ανομοιόμορφη ανάπτυξη των κόκκων καθώς και μη επαναληψιμότητα της μεθόδου Η χρήση φούρνου μικροκυμάτων για την παραλαβή του πρόδρομου υλικού εξασφαλί-ζει ομοιογενή τρόπο θέρμανσης χωρίς θερμοκρασιακές εξάρσεις και επιπλέον μειώνει σημαντικά το χρόνο παραλαβής του xerogel

Σχήμα 317 Διάγραμμα Ροής της μεθόδου Pechini

Σχήμα 318 Σχηματική απεικόνιση της ανάπτυξης του τελικού προϊόντος μέσω a) αντιδράσεων στε-ρεής κατάστασης σε υψηλές θερμοκρασίες και b) κρυστάλλωση από το πολυμερικό δίκτυο της μεθόδου Pechini

Αιθυλενογλυκόλη

Διαλύματα νιτρικών αλάτων

Κιτρικό Οξύ

Σχηματισμός κιτρικών συ-μπλόκων

Πολυεστεροποίηση Σχηματισμός gel

Έψηση

Ξήρανση 150oC Σχηματισμός xerogel

64

Πειραματικό μέρος

Η πειραματική διαδικασία περιλαμβάνει

Παρασκευή και ανάμειξη των αρχικών διαλυμάτων

Προσθήκη κιτρικού οξέος

Θέρμανση σε 70 80 και 100 degC με συνεχή ανάδευση

Προσθήκη αιθυλενογλυκόλης για πλήρη εστεροποίηση

Θέρμανση σε φούρνο μικροκυμάτων για τον σχηματισμό gel και την παραλαβή του πρόδρο-μου υλικού (xerogel)

Έψηση xerogel σε 400 degC

Λειοτρίβηση και μορφοποίηση σε παστίλιες

Έψηση σε 800 και 1000 degC επί 3 ώρες

Η αναλογία των αντιδραστηρίων είναι CaO Al2O3 = 31 Κιτρικό οξύ συνολικά κατιόντα = 1 Αιθυλενογλυκόλη Κιτρικό οξύ = 3 Οι παραπάνω αναλογίες είναι όλες μοριακές

Για τον έλεγχο της διεργασίας χρησιμοποιούνται οι παρακάτω τεχνικές

Συνεχής καταγραφή της αγωγιμότητας του αρχικού διαλύματος κατά τη διάρκεια της θέρ-μανσης (Σχήμα 3)

TGDTA του xerogel (Σχήμα 319)

XRD και IR στο xerogel και στα προϊόντα έψησης (Σχήματα 320 και 321)

Προσδιορισμός ελεύθερου CaO στα προϊόντα έψησης (Πίνακας 33)

65

ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ

Σχήμα 319 Αγωγιμότητα του αρχικού διαλύματος κατά τη διάρκεια της θέρμανσης

Σχήμα 320 TGDTA του xerogel

66

Σχήμα 321 XRD ακτινογραφήματα

I xerogel II προϊόντα έψησης σε 800 degC III προϊόντα έψησης σε 1000 degC

1 5CaO3Al2O3 2 CaO 3 3CaOAl2O3

Πίνακας 33 Ελευθέρα άσβεστος μετά από έψηση σε διάφορες θερμοκρασίες

Θερμοκρασία έψησης (degC) 600 800 1000

fCaO (ww) ~03 15 ~03

Σχήμα 322 IR φάσματα

I 800 degC II 1000 degC III κλασσική μέθοδος παρασκευής 1350 degC

4000 3000 2000 1500 1000 500 cm-1

II

I

III

67

Ερωτήσεις

1 Δικαιολογήστε την επιλογή των αναλογιών των πρώτων υλών

2 Σχολιάστε τη μορφή της καμπύλης αγωγιμότητας-χρόνου κατά τη θέρμανση του διαλύματος και για ποιό λόγο επιλέχθηκε η θερμοκρασία των 80 degC

3 Πόσες και τί είδους δράσεις (εξώθερμες ή ενδόθερμες) καταγράφονται κατά την έψηση του xerogel

4 Με βάση τα XRD διαγράμματα περιγράψτε τη συμπεριφορά του υλικού κατά την έψηση

5 Ποιά συμπεράσματα μπορούν να εξαχθούν από τις τιμές της ελευθέρας ασβέστου στις διάφορες θερμοκρασίες έψησης

6 Τί συμπεράσματα εξάγονται από τα IR φάσματα (η πολλαπλή ζώνη απορρόφησης IR στην περι-οχή 800-1000 cm-1 είναι χαρακτηριστική των αργιλικών τετραέδρων)

7 Για ποιούς λόγους επιλέχθηκε κάθε μια από τις παραπάνω τεχνικές Υπάρχει συμφωνία στα συ-μπεράσματα που προκύπτουν

37

Προέλευση

Τα στοιχεία της ομάδας Β αποτελούν το 733 του φλοιού της γης Το Αl είναι το πιο συχνά απαντώμενο στοιχείο (Σχήμα 31) Όλα βρίσκονται σε μορφή ενώσεων ιδίως οξειδίων και υδροξει-δίων Η ανάκτησή τους γίνεται από τα οξείδιά τους ή μέσω ηλεκτρόλυσης τήγματος αλάτων τους

Χρήση γενικά όλων των στοιχείων της ομάδας ΙΙΙΑ

Σε στοιχειακή μορφή χρησιμοποιούνται ως κατασκευαστικά υλικά και στην πυρηνική τεχνο-λογία Επίσης έχουν και τις ακόλουθες χρήσεις

bull Προσθήκη σε κράματα

bull Βιομηχανία ημιαγωγών

bull Βιομηχανία γυαλιούπορσελάνης

Γενικές χημικές αντιδράσεις της ομάδας ΙΙΙΑ (BG = ομάδα βορίου)

BG + H2O ⎯⎯ καμία αντίδραση (εκτός Al)

4BG + 3O2 T ⎯⎯ 2BG2O3 (σχηματισμός οξειδίων)

2BG + 3 Αλογ ⎯⎯ 2BG(Αλογ)3 (σχηματισμός αλογονιδίων)

2BG + Ν2 ⎯⎯ 2BGN (άμεσα μόνον B Al) (σχηματισμός νιτριδίων)

BG + H2 ⎯⎯ όχι άμεση αντίδραση (σχηματισμός υδριδίων)

BG(ΟΗ)3 + H2O ⎯⎯ ΒG3+ + 3OHndash + H2O (διάσταση σε ιόντα μόνον Al Ga)

BG(ΟΗ)3 + H2O ⎯⎯ ΒG(OH)4

ndash + 4H+ (μόνον στο Β)

Σκληρότητα κατά κλίμακα Mohs

Η κλίμακα Mohs περιλαμβάνει δέκα ορυκτά που το προηγούμενο χαράσσεται από το επόμενο

Σκληρότητα 1 Ορυκτό Τάλκης (στρωματικό πυριτικό ορυκτό με Mg(ΟΗ)2)

raquo 2 raquo Γύψος (CaSO4)

raquo 3 raquo Καλσίτης (CaCO3)

raquo 4 raquo Φθορίτης (CaF2)

raquo 5 raquo Απατίτης (Ca3(PO4)2)

raquo 6 raquo Ορθόκλαστο (Αργιλοπυριτικό ορυκτό με K)

raquo 7 raquo Χαλαζίας (SiO2)

raquo 8 raquo Τοπάζιο (πυριτικό ορυκτό με Al F)

raquo 9 raquo Κορούνδιο (Al2O3)

raquo 10 raquo Διαμάντι (CndashC)

38





39








83


58

60

578

61 αύξηση

798 573












40



















Al2Ο3 57-60 15-16 Fe2O3 21-22 42-49

41
















B2O3 + 3Mg ⎯⎯ 2B + 3MgO




B Al





42


Άλεση







Ανάδευση




NaOH


(45 Fe2Ο3)





Διάσπορος


γ ndash AlO(OH)








CaO + Na2CO3


συμπ

ύκνω

ση

[Al(Ο

Η) 4

]ndash









43

950 degC 100 kΑ

C






C + Ο2 rarr CΟ2









995-999

Άνοδος

καθαρό Al

Κάθοδος

44











Παρασκευή

B2O3 + 2NH3 900 degC ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ 2BN + 3H2O









2BN + 3 2frasl O2 ⎯⎯⎯ B2O3 + N2


45


Χρήσεις













22(sp2)1(sp2)1(sp2)1



46









Ι Οξείδια









47

β) Βοραζόν






Χρήσεις







48





Παρασκευή


2B2O3 + 4C 2600 degC ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ B4C + 3CO2

Ιδιότητες




Χρήση





49

ή B4C



Παρασκευή





Ιδιότητες






50




ΜΒ NiΒ



δες

M3B4 Ta3B4

Cr3B4


MB2 CrB2

TiB2 MgB2 ZrB2 GdB2





Χρήσεις




51

βόρακας





Ιδιότητες







52








[B4O5(OH)4]



53


Χρήσεις














Χρήσεις







54













Al + 3H+ ⎯⎯⎯⎯ Al3++15 H2

darr

Al+3H+ ⎯⎯⎯⎯ Al(H2O)6

3+









55












56












Al3+ (083 Aring)

O2ndash (132 Aring)

Al (126 Aring)

57

















58





Κεραμικά




Παρασκευή


Χρήσεις













59






















60














KMnO4KClO3









61






Σκοπός







NaG

a(O

H) 4

+ N

aOH

62








Άλεση

CaCO3 Al2O3

Ανάμειξη

Έψηση

T=1350degC t=19h

63









Έψηση


64

















65




66






fCaO (ww) ~03 15 ~03



4000 3000 2000 1500 1000 500 cm-1

II

I

III

67

Ερωτήσεις








38





39








83


58

60

578

61 αύξηση

798 573












40



















Al2Ο3 57-60 15-16 Fe2O3 21-22 42-49

41
















B2O3 + 3Mg ⎯⎯ 2B + 3MgO




B Al





42


Άλεση







Ανάδευση




NaOH


(45 Fe2Ο3)





Διάσπορος


γ ndash AlO(OH)








CaO + Na2CO3


συμπ

ύκνω

ση

[Al(Ο

Η) 4

]ndash









43

950 degC 100 kΑ

C






C + Ο2 rarr CΟ2









995-999

Άνοδος

καθαρό Al

Κάθοδος

44











Παρασκευή

B2O3 + 2NH3 900 degC ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ 2BN + 3H2O









2BN + 3 2frasl O2 ⎯⎯⎯ B2O3 + N2


45


Χρήσεις













22(sp2)1(sp2)1(sp2)1



46









Ι Οξείδια









47

β) Βοραζόν






Χρήσεις







48





Παρασκευή


2B2O3 + 4C 2600 degC ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ B4C + 3CO2

Ιδιότητες




Χρήση





49

ή B4C



Παρασκευή





Ιδιότητες






50




ΜΒ NiΒ



δες

M3B4 Ta3B4

Cr3B4


MB2 CrB2

TiB2 MgB2 ZrB2 GdB2





Χρήσεις




51

βόρακας





Ιδιότητες







52








[B4O5(OH)4]



53


Χρήσεις














Χρήσεις







54













Al + 3H+ ⎯⎯⎯⎯ Al3++15 H2

darr

Al+3H+ ⎯⎯⎯⎯ Al(H2O)6

3+









55












56












Al3+ (083 Aring)

O2ndash (132 Aring)

Al (126 Aring)

57

















58





Κεραμικά




Παρασκευή


Χρήσεις













59






















60














KMnO4KClO3









61






Σκοπός







NaG

a(O

H) 4

+ N

aOH

62








Άλεση

CaCO3 Al2O3

Ανάμειξη

Έψηση

T=1350degC t=19h

63









Έψηση


64

















65




66






fCaO (ww) ~03 15 ~03



4000 3000 2000 1500 1000 500 cm-1

II

I

III

67

Ερωτήσεις








39








83


58

60

578

61 αύξηση

798 573












40



















Al2Ο3 57-60 15-16 Fe2O3 21-22 42-49

41
















B2O3 + 3Mg ⎯⎯ 2B + 3MgO




B Al





42


Άλεση







Ανάδευση




NaOH


(45 Fe2Ο3)





Διάσπορος


γ ndash AlO(OH)








CaO + Na2CO3


συμπ

ύκνω

ση

[Al(Ο

Η) 4

]ndash









43

950 degC 100 kΑ

C






C + Ο2 rarr CΟ2









995-999

Άνοδος

καθαρό Al

Κάθοδος

44











Παρασκευή

B2O3 + 2NH3 900 degC ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ 2BN + 3H2O









2BN + 3 2frasl O2 ⎯⎯⎯ B2O3 + N2


45


Χρήσεις













22(sp2)1(sp2)1(sp2)1



46









Ι Οξείδια









47

β) Βοραζόν






Χρήσεις







48





Παρασκευή


2B2O3 + 4C 2600 degC ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ B4C + 3CO2

Ιδιότητες




Χρήση





49

ή B4C



Παρασκευή





Ιδιότητες






50




ΜΒ NiΒ



δες

M3B4 Ta3B4

Cr3B4


MB2 CrB2

TiB2 MgB2 ZrB2 GdB2





Χρήσεις




51

βόρακας





Ιδιότητες







52








[B4O5(OH)4]



53


Χρήσεις














Χρήσεις







54













Al + 3H+ ⎯⎯⎯⎯ Al3++15 H2

darr

Al+3H+ ⎯⎯⎯⎯ Al(H2O)6

3+









55












56












Al3+ (083 Aring)

O2ndash (132 Aring)

Al (126 Aring)

57

















58





Κεραμικά




Παρασκευή


Χρήσεις













59






















60














KMnO4KClO3









61






Σκοπός







NaG

a(O

H) 4

+ N

aOH

62








Άλεση

CaCO3 Al2O3

Ανάμειξη

Έψηση

T=1350degC t=19h

63









Έψηση


64

















65




66






fCaO (ww) ~03 15 ~03



4000 3000 2000 1500 1000 500 cm-1

II

I

III

67

Ερωτήσεις








40



















Al2Ο3 57-60 15-16 Fe2O3 21-22 42-49

41
















B2O3 + 3Mg ⎯⎯ 2B + 3MgO




B Al





42


Άλεση







Ανάδευση




NaOH


(45 Fe2Ο3)





Διάσπορος


γ ndash AlO(OH)








CaO + Na2CO3


συμπ

ύκνω

ση

[Al(Ο

Η) 4

]ndash









43

950 degC 100 kΑ

C






C + Ο2 rarr CΟ2









995-999

Άνοδος

καθαρό Al

Κάθοδος

44











Παρασκευή

B2O3 + 2NH3 900 degC ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ 2BN + 3H2O









2BN + 3 2frasl O2 ⎯⎯⎯ B2O3 + N2


45


Χρήσεις













22(sp2)1(sp2)1(sp2)1



46









Ι Οξείδια









47

β) Βοραζόν






Χρήσεις







48





Παρασκευή


2B2O3 + 4C 2600 degC ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ B4C + 3CO2

Ιδιότητες




Χρήση





49

ή B4C



Παρασκευή





Ιδιότητες






50




ΜΒ NiΒ



δες

M3B4 Ta3B4

Cr3B4


MB2 CrB2

TiB2 MgB2 ZrB2 GdB2





Χρήσεις




51

βόρακας





Ιδιότητες







52








[B4O5(OH)4]



53


Χρήσεις














Χρήσεις







54













Al + 3H+ ⎯⎯⎯⎯ Al3++15 H2

darr

Al+3H+ ⎯⎯⎯⎯ Al(H2O)6

3+









55












56












Al3+ (083 Aring)

O2ndash (132 Aring)

Al (126 Aring)

57

















58





Κεραμικά




Παρασκευή


Χρήσεις













59






















60














KMnO4KClO3









61






Σκοπός







NaG

a(O

H) 4

+ N

aOH

62








Άλεση

CaCO3 Al2O3

Ανάμειξη

Έψηση

T=1350degC t=19h

63









Έψηση


64

















65




66






fCaO (ww) ~03 15 ~03



4000 3000 2000 1500 1000 500 cm-1

II

I

III

67

Ερωτήσεις








41
















B2O3 + 3Mg ⎯⎯ 2B + 3MgO




B Al





42


Άλεση







Ανάδευση




NaOH


(45 Fe2Ο3)





Διάσπορος


γ ndash AlO(OH)








CaO + Na2CO3


συμπ

ύκνω

ση

[Al(Ο

Η) 4

]ndash









43

950 degC 100 kΑ

C






C + Ο2 rarr CΟ2









995-999

Άνοδος

καθαρό Al

Κάθοδος

44











Παρασκευή

B2O3 + 2NH3 900 degC ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ 2BN + 3H2O









2BN + 3 2frasl O2 ⎯⎯⎯ B2O3 + N2


45


Χρήσεις













22(sp2)1(sp2)1(sp2)1



46









Ι Οξείδια









47

β) Βοραζόν






Χρήσεις







48





Παρασκευή


2B2O3 + 4C 2600 degC ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ B4C + 3CO2

Ιδιότητες




Χρήση





49

ή B4C



Παρασκευή





Ιδιότητες






50




ΜΒ NiΒ



δες

M3B4 Ta3B4

Cr3B4


MB2 CrB2

TiB2 MgB2 ZrB2 GdB2





Χρήσεις




51

βόρακας





Ιδιότητες







52








[B4O5(OH)4]



53


Χρήσεις














Χρήσεις







54













Al + 3H+ ⎯⎯⎯⎯ Al3++15 H2

darr

Al+3H+ ⎯⎯⎯⎯ Al(H2O)6

3+









55












56












Al3+ (083 Aring)

O2ndash (132 Aring)

Al (126 Aring)

57

















58





Κεραμικά




Παρασκευή


Χρήσεις













59






















60














KMnO4KClO3









61






Σκοπός







NaG

a(O

H) 4

+ N

aOH

62








Άλεση

CaCO3 Al2O3

Ανάμειξη

Έψηση

T=1350degC t=19h

63









Έψηση


64

















65




66






fCaO (ww) ~03 15 ~03



4000 3000 2000 1500 1000 500 cm-1

II

I

III

67

Ερωτήσεις








42


Άλεση







Ανάδευση




NaOH


(45 Fe2Ο3)





Διάσπορος


γ ndash AlO(OH)








CaO + Na2CO3


συμπ

ύκνω

ση

[Al(Ο

Η) 4

]ndash









43

950 degC 100 kΑ

C






C + Ο2 rarr CΟ2









995-999

Άνοδος

καθαρό Al

Κάθοδος

44











Παρασκευή

B2O3 + 2NH3 900 degC ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ 2BN + 3H2O









2BN + 3 2frasl O2 ⎯⎯⎯ B2O3 + N2


45


Χρήσεις













22(sp2)1(sp2)1(sp2)1



46









Ι Οξείδια









47

β) Βοραζόν






Χρήσεις







48





Παρασκευή


2B2O3 + 4C 2600 degC ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ B4C + 3CO2

Ιδιότητες




Χρήση





49

ή B4C



Παρασκευή





Ιδιότητες






50




ΜΒ NiΒ



δες

M3B4 Ta3B4

Cr3B4


MB2 CrB2

TiB2 MgB2 ZrB2 GdB2





Χρήσεις




51

βόρακας





Ιδιότητες







52








[B4O5(OH)4]



53


Χρήσεις














Χρήσεις







54













Al + 3H+ ⎯⎯⎯⎯ Al3++15 H2

darr

Al+3H+ ⎯⎯⎯⎯ Al(H2O)6

3+









55












56












Al3+ (083 Aring)

O2ndash (132 Aring)

Al (126 Aring)

57

















58





Κεραμικά




Παρασκευή


Χρήσεις













59






















60














KMnO4KClO3









61






Σκοπός







NaG

a(O

H) 4

+ N

aOH

62








Άλεση

CaCO3 Al2O3

Ανάμειξη

Έψηση

T=1350degC t=19h

63









Έψηση


64

















65




66






fCaO (ww) ~03 15 ~03



4000 3000 2000 1500 1000 500 cm-1

II

I

III

67

Ερωτήσεις








43

950 degC 100 kΑ

C






C + Ο2 rarr CΟ2









995-999

Άνοδος

καθαρό Al

Κάθοδος

44











Παρασκευή

B2O3 + 2NH3 900 degC ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ 2BN + 3H2O









2BN + 3 2frasl O2 ⎯⎯⎯ B2O3 + N2


45


Χρήσεις













22(sp2)1(sp2)1(sp2)1



46









Ι Οξείδια









47

β) Βοραζόν






Χρήσεις







48





Παρασκευή


2B2O3 + 4C 2600 degC ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ B4C + 3CO2

Ιδιότητες




Χρήση





49

ή B4C



Παρασκευή





Ιδιότητες






50




ΜΒ NiΒ



δες

M3B4 Ta3B4

Cr3B4


MB2 CrB2

TiB2 MgB2 ZrB2 GdB2





Χρήσεις




51

βόρακας





Ιδιότητες







52








[B4O5(OH)4]



53


Χρήσεις














Χρήσεις







54













Al + 3H+ ⎯⎯⎯⎯ Al3++15 H2

darr

Al+3H+ ⎯⎯⎯⎯ Al(H2O)6

3+









55












56












Al3+ (083 Aring)

O2ndash (132 Aring)

Al (126 Aring)

57

















58





Κεραμικά




Παρασκευή


Χρήσεις













59






















60














KMnO4KClO3









61






Σκοπός







NaG

a(O

H) 4

+ N

aOH

62








Άλεση

CaCO3 Al2O3

Ανάμειξη

Έψηση

T=1350degC t=19h

63









Έψηση


64

















65




66






fCaO (ww) ~03 15 ~03



4000 3000 2000 1500 1000 500 cm-1

II

I

III

67

Ερωτήσεις








44











Παρασκευή

B2O3 + 2NH3 900 degC ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ 2BN + 3H2O









2BN + 3 2frasl O2 ⎯⎯⎯ B2O3 + N2


45


Χρήσεις













22(sp2)1(sp2)1(sp2)1



46









Ι Οξείδια









47

β) Βοραζόν






Χρήσεις







48





Παρασκευή


2B2O3 + 4C 2600 degC ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ B4C + 3CO2

Ιδιότητες




Χρήση





49

ή B4C



Παρασκευή





Ιδιότητες






50




ΜΒ NiΒ



δες

M3B4 Ta3B4

Cr3B4


MB2 CrB2

TiB2 MgB2 ZrB2 GdB2





Χρήσεις




51

βόρακας





Ιδιότητες







52








[B4O5(OH)4]



53


Χρήσεις














Χρήσεις







54













Al + 3H+ ⎯⎯⎯⎯ Al3++15 H2

darr

Al+3H+ ⎯⎯⎯⎯ Al(H2O)6

3+









55












56












Al3+ (083 Aring)

O2ndash (132 Aring)

Al (126 Aring)

57

















58





Κεραμικά




Παρασκευή


Χρήσεις













59






















60














KMnO4KClO3









61






Σκοπός







NaG

a(O

H) 4

+ N

aOH

62








Άλεση

CaCO3 Al2O3

Ανάμειξη

Έψηση

T=1350degC t=19h

63









Έψηση


64

















65




66






fCaO (ww) ~03 15 ~03



4000 3000 2000 1500 1000 500 cm-1

II

I

III

67

Ερωτήσεις








45


Χρήσεις













22(sp2)1(sp2)1(sp2)1



46









Ι Οξείδια









47

β) Βοραζόν






Χρήσεις







48





Παρασκευή


2B2O3 + 4C 2600 degC ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ B4C + 3CO2

Ιδιότητες




Χρήση





49

ή B4C



Παρασκευή





Ιδιότητες






50




ΜΒ NiΒ



δες

M3B4 Ta3B4

Cr3B4


MB2 CrB2

TiB2 MgB2 ZrB2 GdB2





Χρήσεις




51

βόρακας





Ιδιότητες







52








[B4O5(OH)4]



53


Χρήσεις














Χρήσεις







54













Al + 3H+ ⎯⎯⎯⎯ Al3++15 H2

darr

Al+3H+ ⎯⎯⎯⎯ Al(H2O)6

3+









55












56












Al3+ (083 Aring)

O2ndash (132 Aring)

Al (126 Aring)

57

















58





Κεραμικά




Παρασκευή


Χρήσεις













59






















60














KMnO4KClO3









61






Σκοπός







NaG

a(O

H) 4

+ N

aOH

62








Άλεση

CaCO3 Al2O3

Ανάμειξη

Έψηση

T=1350degC t=19h

63









Έψηση


64

















65




66






fCaO (ww) ~03 15 ~03



4000 3000 2000 1500 1000 500 cm-1

II

I

III

67

Ερωτήσεις








46









Ι Οξείδια









47

β) Βοραζόν






Χρήσεις







48





Παρασκευή


2B2O3 + 4C 2600 degC ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ B4C + 3CO2

Ιδιότητες




Χρήση





49

ή B4C



Παρασκευή





Ιδιότητες






50




ΜΒ NiΒ



δες

M3B4 Ta3B4

Cr3B4


MB2 CrB2

TiB2 MgB2 ZrB2 GdB2





Χρήσεις




51

βόρακας





Ιδιότητες







52








[B4O5(OH)4]



53


Χρήσεις














Χρήσεις







54













Al + 3H+ ⎯⎯⎯⎯ Al3++15 H2

darr

Al+3H+ ⎯⎯⎯⎯ Al(H2O)6

3+









55












56












Al3+ (083 Aring)

O2ndash (132 Aring)

Al (126 Aring)

57

















58





Κεραμικά




Παρασκευή


Χρήσεις













59






















60














KMnO4KClO3









61






Σκοπός







NaG

a(O

H) 4

+ N

aOH

62








Άλεση

CaCO3 Al2O3

Ανάμειξη

Έψηση

T=1350degC t=19h

63









Έψηση


64

















65




66






fCaO (ww) ~03 15 ~03



4000 3000 2000 1500 1000 500 cm-1

II

I

III

67

Ερωτήσεις








47

β) Βοραζόν






Χρήσεις







48





Παρασκευή


2B2O3 + 4C 2600 degC ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ B4C + 3CO2

Ιδιότητες




Χρήση





49

ή B4C



Παρασκευή





Ιδιότητες






50




ΜΒ NiΒ



δες

M3B4 Ta3B4

Cr3B4


MB2 CrB2

TiB2 MgB2 ZrB2 GdB2





Χρήσεις




51

βόρακας





Ιδιότητες







52








[B4O5(OH)4]



53


Χρήσεις














Χρήσεις







54













Al + 3H+ ⎯⎯⎯⎯ Al3++15 H2

darr

Al+3H+ ⎯⎯⎯⎯ Al(H2O)6

3+









55












56












Al3+ (083 Aring)

O2ndash (132 Aring)

Al (126 Aring)

57

















58





Κεραμικά




Παρασκευή


Χρήσεις













59






















60














KMnO4KClO3









61






Σκοπός







NaG

a(O

H) 4

+ N

aOH

62








Άλεση

CaCO3 Al2O3

Ανάμειξη

Έψηση

T=1350degC t=19h

63









Έψηση


64

















65




66






fCaO (ww) ~03 15 ~03



4000 3000 2000 1500 1000 500 cm-1

II

I

III

67

Ερωτήσεις








48





Παρασκευή


2B2O3 + 4C 2600 degC ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ B4C + 3CO2

Ιδιότητες




Χρήση





49

ή B4C



Παρασκευή





Ιδιότητες






50




ΜΒ NiΒ



δες

M3B4 Ta3B4

Cr3B4


MB2 CrB2

TiB2 MgB2 ZrB2 GdB2





Χρήσεις




51

βόρακας





Ιδιότητες







52








[B4O5(OH)4]



53


Χρήσεις














Χρήσεις







54













Al + 3H+ ⎯⎯⎯⎯ Al3++15 H2

darr

Al+3H+ ⎯⎯⎯⎯ Al(H2O)6

3+









55












56












Al3+ (083 Aring)

O2ndash (132 Aring)

Al (126 Aring)

57

















58





Κεραμικά




Παρασκευή


Χρήσεις













59






















60














KMnO4KClO3









61






Σκοπός







NaG

a(O

H) 4

+ N

aOH

62








Άλεση

CaCO3 Al2O3

Ανάμειξη

Έψηση

T=1350degC t=19h

63









Έψηση


64

















65




66






fCaO (ww) ~03 15 ~03



4000 3000 2000 1500 1000 500 cm-1

II

I

III

67

Ερωτήσεις








49

ή B4C



Παρασκευή





Ιδιότητες






50




ΜΒ NiΒ



δες

M3B4 Ta3B4

Cr3B4


MB2 CrB2

TiB2 MgB2 ZrB2 GdB2





Χρήσεις




51

βόρακας





Ιδιότητες







52








[B4O5(OH)4]



53


Χρήσεις














Χρήσεις







54













Al + 3H+ ⎯⎯⎯⎯ Al3++15 H2

darr

Al+3H+ ⎯⎯⎯⎯ Al(H2O)6

3+









55












56












Al3+ (083 Aring)

O2ndash (132 Aring)

Al (126 Aring)

57

















58





Κεραμικά




Παρασκευή


Χρήσεις













59






















60














KMnO4KClO3









61






Σκοπός







NaG

a(O

H) 4

+ N

aOH

62








Άλεση

CaCO3 Al2O3

Ανάμειξη

Έψηση

T=1350degC t=19h

63









Έψηση


64

















65




66






fCaO (ww) ~03 15 ~03



4000 3000 2000 1500 1000 500 cm-1

II

I

III

67

Ερωτήσεις








50




ΜΒ NiΒ



δες

M3B4 Ta3B4

Cr3B4


MB2 CrB2

TiB2 MgB2 ZrB2 GdB2





Χρήσεις




51

βόρακας





Ιδιότητες







52








[B4O5(OH)4]



53


Χρήσεις














Χρήσεις







54













Al + 3H+ ⎯⎯⎯⎯ Al3++15 H2

darr

Al+3H+ ⎯⎯⎯⎯ Al(H2O)6

3+









55












56












Al3+ (083 Aring)

O2ndash (132 Aring)

Al (126 Aring)

57

















58





Κεραμικά




Παρασκευή


Χρήσεις













59






















60














KMnO4KClO3









61






Σκοπός







NaG

a(O

H) 4

+ N

aOH

62








Άλεση

CaCO3 Al2O3

Ανάμειξη

Έψηση

T=1350degC t=19h

63









Έψηση


64

















65




66






fCaO (ww) ~03 15 ~03



4000 3000 2000 1500 1000 500 cm-1

II

I

III

67

Ερωτήσεις








51

βόρακας





Ιδιότητες







52








[B4O5(OH)4]



53


Χρήσεις














Χρήσεις







54













Al + 3H+ ⎯⎯⎯⎯ Al3++15 H2

darr

Al+3H+ ⎯⎯⎯⎯ Al(H2O)6

3+









55












56












Al3+ (083 Aring)

O2ndash (132 Aring)

Al (126 Aring)

57

















58





Κεραμικά




Παρασκευή


Χρήσεις













59






















60














KMnO4KClO3









61






Σκοπός







NaG

a(O

H) 4

+ N

aOH

62








Άλεση

CaCO3 Al2O3

Ανάμειξη

Έψηση

T=1350degC t=19h

63









Έψηση


64

















65




66






fCaO (ww) ~03 15 ~03



4000 3000 2000 1500 1000 500 cm-1

II

I

III

67

Ερωτήσεις








52








[B4O5(OH)4]



53


Χρήσεις














Χρήσεις







54













Al + 3H+ ⎯⎯⎯⎯ Al3++15 H2

darr

Al+3H+ ⎯⎯⎯⎯ Al(H2O)6

3+









55












56












Al3+ (083 Aring)

O2ndash (132 Aring)

Al (126 Aring)

57

















58





Κεραμικά




Παρασκευή


Χρήσεις













59






















60














KMnO4KClO3









61






Σκοπός







NaG

a(O

H) 4

+ N

aOH

62








Άλεση

CaCO3 Al2O3

Ανάμειξη

Έψηση

T=1350degC t=19h

63









Έψηση


64

















65




66






fCaO (ww) ~03 15 ~03



4000 3000 2000 1500 1000 500 cm-1

II

I

III

67

Ερωτήσεις








53


Χρήσεις














Χρήσεις







54













Al + 3H+ ⎯⎯⎯⎯ Al3++15 H2

darr

Al+3H+ ⎯⎯⎯⎯ Al(H2O)6

3+









55












56












Al3+ (083 Aring)

O2ndash (132 Aring)

Al (126 Aring)

57

















58





Κεραμικά




Παρασκευή


Χρήσεις













59






















60














KMnO4KClO3









61






Σκοπός







NaG

a(O

H) 4

+ N

aOH

62








Άλεση

CaCO3 Al2O3

Ανάμειξη

Έψηση

T=1350degC t=19h

63









Έψηση


64

















65




66






fCaO (ww) ~03 15 ~03



4000 3000 2000 1500 1000 500 cm-1

II

I

III

67

Ερωτήσεις








54













Al + 3H+ ⎯⎯⎯⎯ Al3++15 H2

darr

Al+3H+ ⎯⎯⎯⎯ Al(H2O)6

3+









55












56












Al3+ (083 Aring)

O2ndash (132 Aring)

Al (126 Aring)

57

















58





Κεραμικά




Παρασκευή


Χρήσεις













59






















60














KMnO4KClO3









61






Σκοπός







NaG

a(O

H) 4

+ N

aOH

62








Άλεση

CaCO3 Al2O3

Ανάμειξη

Έψηση

T=1350degC t=19h

63









Έψηση


64

















65




66






fCaO (ww) ~03 15 ~03



4000 3000 2000 1500 1000 500 cm-1

II

I

III

67

Ερωτήσεις








55












56












Al3+ (083 Aring)

O2ndash (132 Aring)

Al (126 Aring)

57

















58





Κεραμικά




Παρασκευή


Χρήσεις













59






















60














KMnO4KClO3









61






Σκοπός







NaG

a(O

H) 4

+ N

aOH

62








Άλεση

CaCO3 Al2O3

Ανάμειξη

Έψηση

T=1350degC t=19h

63









Έψηση


64

















65




66






fCaO (ww) ~03 15 ~03



4000 3000 2000 1500 1000 500 cm-1

II

I

III

67

Ερωτήσεις








56












Al3+ (083 Aring)

O2ndash (132 Aring)

Al (126 Aring)

57

















58





Κεραμικά




Παρασκευή


Χρήσεις













59






















60














KMnO4KClO3









61






Σκοπός







NaG

a(O

H) 4

+ N

aOH

62








Άλεση

CaCO3 Al2O3

Ανάμειξη

Έψηση

T=1350degC t=19h

63









Έψηση


64

















65




66






fCaO (ww) ~03 15 ~03



4000 3000 2000 1500 1000 500 cm-1

II

I

III

67

Ερωτήσεις








57

















58





Κεραμικά




Παρασκευή


Χρήσεις













59






















60














KMnO4KClO3









61






Σκοπός







NaG

a(O

H) 4

+ N

aOH

62








Άλεση

CaCO3 Al2O3

Ανάμειξη

Έψηση

T=1350degC t=19h

63









Έψηση


64

















65




66






fCaO (ww) ~03 15 ~03



4000 3000 2000 1500 1000 500 cm-1

II

I

III

67

Ερωτήσεις








58





Κεραμικά




Παρασκευή


Χρήσεις













59






















60














KMnO4KClO3









61






Σκοπός







NaG

a(O

H) 4

+ N

aOH

62








Άλεση

CaCO3 Al2O3

Ανάμειξη

Έψηση

T=1350degC t=19h

63









Έψηση


64

















65




66






fCaO (ww) ~03 15 ~03



4000 3000 2000 1500 1000 500 cm-1

II

I

III

67

Ερωτήσεις








59






















60














KMnO4KClO3









61






Σκοπός







NaG

a(O

H) 4

+ N

aOH

62








Άλεση

CaCO3 Al2O3

Ανάμειξη

Έψηση

T=1350degC t=19h

63









Έψηση


64

















65




66






fCaO (ww) ~03 15 ~03



4000 3000 2000 1500 1000 500 cm-1

II

I

III

67

Ερωτήσεις








60














KMnO4KClO3









61






Σκοπός







NaG

a(O

H) 4

+ N

aOH

62








Άλεση

CaCO3 Al2O3

Ανάμειξη

Έψηση

T=1350degC t=19h

63









Έψηση


64

















65




66






fCaO (ww) ~03 15 ~03



4000 3000 2000 1500 1000 500 cm-1

II

I

III

67

Ερωτήσεις








61






Σκοπός







NaG

a(O

H) 4

+ N

aOH

62








Άλεση

CaCO3 Al2O3

Ανάμειξη

Έψηση

T=1350degC t=19h

63









Έψηση


64

















65




66






fCaO (ww) ~03 15 ~03



4000 3000 2000 1500 1000 500 cm-1

II

I

III

67

Ερωτήσεις








62








Άλεση

CaCO3 Al2O3

Ανάμειξη

Έψηση

T=1350degC t=19h

63









Έψηση


64

















65




66






fCaO (ww) ~03 15 ~03



4000 3000 2000 1500 1000 500 cm-1

II

I

III

67

Ερωτήσεις








63









Έψηση


64

















65




66






fCaO (ww) ~03 15 ~03



4000 3000 2000 1500 1000 500 cm-1

II

I

III

67

Ερωτήσεις








64

















65




66






fCaO (ww) ~03 15 ~03



4000 3000 2000 1500 1000 500 cm-1

II

I

III

67

Ερωτήσεις








65




66






fCaO (ww) ~03 15 ~03



4000 3000 2000 1500 1000 500 cm-1

II

I

III

67

Ερωτήσεις








66






fCaO (ww) ~03 15 ~03



4000 3000 2000 1500 1000 500 cm-1

II

I

III

67

Ερωτήσεις








67

Ερωτήσεις








3. Ομάδα 13 (ΙIΙΑ) του Περιοδικού Συστήματος ......41 SiO 2 2-4% 7-9%...

Documents

Transcript of 3. Ομάδα 13 (ΙIΙΑ) του Περιοδικού Συστήματος ......41 SiO 2 2-4% 7-9%...