6. 3A grubu (13. grup) elementleri ile ilgili olarak öğrenciler;

KONU BAŞLIKLARI KAZANIMLAR6. 3A grubu (13. grup) elementleri ile ilgili olarak öğrenciler;6.1. 3A grubu elementlerinin ortak özellikleri,

6.1. 3A grubu elementlerinin ortak özelliklerini, atomlarının elektron dizilimleri ile ilişkilendirir.

6.2. Bor elementinin doğal mineralleri, 6.2. Bor elementinin doğal minerallerini tanır.

6.3. Bor ve alaşımlarının elde edilişi, özellikleri ve kullanım alanları,

6.3. Bor ve alasımlarının elde edilisiniaçıklar ve özellikleri ile kullanım alanları arasında iliski kurar.

6.4. Bor bileşiklerinin özellikleri, kullanım alanları ve Türkiye için önemi,

6.4. Bor bileşilerinin özelliklerini, kullanım alanlarını ve Türkiye için önemini açıklar.

6.5. Alüminyumun üretim yöntemleri; metalin ve alaşımlarının özellikleri ve kullanım alanları,

6.5. Alüminyumun üretim yöntemlerini irdeler; metalin ve alasımlarının zellikleri ile kullanım alanlarını iliskilendirir.

6.6. Yaygın alüminyum bileşkleri ve kullanım alanları,

6.6. Yaygın alüminyum bileşiklerini ve kullanım alanlarını betimler.

6.7. 3A grubundaki diğer metallerin ve bunların bilesiklerinin endüstriaçısından önemi,

6.7. 3A grubundaki diğer metallerinve bunların bileşiklerinin endüstri açısından önemini irdeler.

6.1. 3A grubu elementlerinin ortak özelliklerini,

Periyodik tablonun p-blokunda yer alan bu elementlerin değerlik kabuğu elektron konfigürasyonu ns2np1 dir. Bir elektron vererek dolu konfigürasyona, üç elektron vererek kendilerinden önceki soy gaz konfigürasyonuna ulaşırlar. Bu nedenle, bu elementlerin bileşiklerinde (+1) ya da (+3) yükseltgenme basamaklarında bulunmaları beklenir.Alüminyum ve galyum için (+3), indiyum ve talyum için (+1) daha yaygın bir yükseltgenme basamağıdır. IIA Grubundaki berilyumda olduğu gibi, bu grupta ise bor, birçok yönden grubun diğer elementlerinden farklı özellikler sergilemektedir. Bor ametal, diğer dördü metalik özellik gösterir. Bunun sebebi, borun iyonlaşma enerjisi diğerlerinkinden oldukça yüksek ve yarıçapı ise küçüktür. Grup elementleinin bazı fiziksel özellikleri;

Element

∆H(kJ mol-1)

İE1(kJ mol-1)

IE3(kJ mol-1)

Eİ(kJ mol-1)

En(0C)

Kn(0C)

R Kov

(pm)

B 563 801 3660 -27 2300 2550 82Al 326 578 2745 -44 660 2467 118Ga 277 579 2963 -29 30 2403 126In 243 558 2704 -29 157 2080 144Tl 182 589 2878 -29 303 1457 152

6.2. Bor elementinin doğal mineralleri,

Doğada serbest halde bulunmayan bor, oksijenli bileşikleri hâlinde bulunur. Ükemizde de bol bulunan başlıca bor minerallerinden kolemanit, pandermit ve borakstır.

Minearal Formülü Kristal Biçimi Renk Ayırt edici Özellikleri

Kolemanit Ca2B6O11.5H2O

Çoğunlukla eş boyutlu ve kısa prizmatık kristalli, tek parça, kristalleri belirli bir konum içinde dizilmiş iç

yapıya sahiptir.

Renksiz, beyaz,

şeffaf-yarı şeffaf

HCI'de çözünür.

Çözelti soğuyunca borik asit ayrılır.

Pandermit Na2B4O11.3H2OYumru biçiminde ya da

düzensiz kütleler hâlinde, tebeşirimsi ve kompakt

BeyazŞekli, akkor ateşte

erimesi, suda çözünmemesidir.

Boraks Na2B4O7.10H2OKısa prizmatik kristalli,

bazen levhamsı

Renksiz, beyaz, grimsi, yeşilimsi, mavimsi, şeffaf-

yarı şeffaf

Kristal şekli, düşük yoğunluğu, suda çözünebilirliğidir.

Bor cevherleri (Na2B4O7 10 H2O) (boraks) ağırlıklı olarak İtalya, Rusya, Tibet, Türkiye ve Kalifornia'nın bozkır bölgeleri gibi sadece birkaç yerde yoğunlaşmıştır. Na2B4O7.10H2O, H2SO4 ile tepkimeye sokularak B(OH)3 e dönüştürülür. B(OH) 3, kuvvetli bir şekilde ısıtıldığı zaman B2O3 e çevrilir. Bor içeren değişik türdeki bileşikler ve elementel bor, B2O3 den elde edilebilirler.

ısı3 2 2

ısı3 2 3 2

ısı2 3

3B(OH) 3HBO 3H O

2B(OH) B O +3H O

B O +3Mg 2B+3MgO

H3BO3 zayıf asittir. Formülde görüldüğü gibi triprotik değil de monoprotiktir bu sebeple B(OH)3 şeklinde gösterilir. Suyun iyonlaşmasıyla oluşan bir OH- iyonunu alır ve B(OH) 4

-1 kompleks iyonu oluşur.

Daha saf olan kristal bor, bor triklorürün hidrojen ile indirgenmesiyle de elde edilir.

3 22BCl +3H 2B+6HCl

Yüksek saflıkta bor potasyum floroborat (KBF4)ın, elektrolizi ile elde edilir.

6.2. Bor elementinin doğal mineralleri ve elde edilişi,

Bor, geçiş elementi olan demir, nikel ve kobalt ile alaşımları oluştururlar. Borun, küçük boyutlu olması geçiş elementlerinden demir, nikel ve kobalt ile çok çeşitli alaşım oluşturmasını sağlar.Ferro-Bor Alaşımları: Ferro bor ağırlık bakımından %10-20 arasında bor ihtiva eden bir demir-bor alaşımıdır. Ferro bor parlak gümüş rengindedir. Ancak uzun süre rutubetli havada kalırsa, parlak gümüş rengi kaybolur ve yüzeyin rengi kırmızı lekeler içeren mat griye dönüşür. Üretim metodları:1. Karbotermik reaksiyonla, ferro bor üretimi elektrik ark fırınlarında yapılır. Ark fırınına şarj edilen hammaddeler; borik asit, kömür ve demir tozudur. 2. Alüminotermik reaksiyonla; ferro bor üretimi ise potalarda yapılır. Alümino termik reaksiyon için potaya borik asit, demir cevheri, alüminyum tozu veya bazen magnezyum tozu yüklenir. Kullanım alanı:Ferro bor; Çelik üretimi, dökme demir üretimi, sürekli manyetik malzemeler ve amorf metallerin üretiminde kullanılır.

6.3. Bor allotroları ve ve alaşımlarının elde edilişi, özellikleri ve kullanım alanları,

Borun çeşitli allotropları vardır. Amorf bor kahverengi bir tozdur; kristal bor ise siyah olup son derece serttir.Amorf bor, bakırın oksitlerinin giderilmesinde, alüminyumun iletkenliğinin arttırılmasında ve çeliğin sertleştirilmesinde kullanılır. Erime noktası 2300 °C, kaynama noktası 2550 °C olan borun elektrik iletkenliği çok azdır. Kristal bor, elmastan sonra elementlerin en sertidir.

6.3. Bor elementinin özellikleri

Bor elementi, donuk metalik parlaklığa sahiptir. Bu görünüşü nedeniyle metallere benzetilebilir. Fakat elektriği iyi iletmez. Borun elektrik iletkenliği çok azdır. Fakat yüksek sıcaklıkta serbest hâle geçen elekron sayısı artar ve elektrik akımını daha fazla iletir. Bu özelliği sayesinde magnezyumla yaptığı alaşımlar bilgisayarların 4 kat daha hızlı çalışmasını sağlamaktadır.Katı hâlde çok sert olduğundan kırılgandır.

Bor yarı iletken olup sıcaklık arttıkça iletkenliği artar. Kimyasal özellikleri alüminyum, galyum, indiyum ve talyumdan daha çok, silisyum ve karbona benzer.Borun kimyasal aktifliği; saflığına, kristal yapısına ve sıcaklığa bağlıdır. Oda sıcaklığında sadece flor gazıyla reaksiyon verir ve yüzeyi oksijen tarafından etkilenir, diğer durumlarda inert bir maddedir. Yüksek sıcaklıklarda asal gazlar ve H, Ge, Te elementi hariç bütün ametallerle doğrudan reaksiyon verir. Bor, alt gurubundaki metaller hariç, yüksek sıcaklıklarda hemen hemen bütün metallerle kolaylıkla reaksiyon verir.Borun kimyasal davranışı daha çok küçük çapı ve yüksek iyonlaşma enerjisiyle belirlenir. Bu özelliklerle birlikte B, C ve H'nin elektronegatifliklerindeki benzerlik, çok sayıda ve alışılmışın dışında kovalent bileşikler oluşturmasını sağlar. Borun kovalent bileşiğe 3 elektronla katkıda bulunabilmesi, elektron çifti alıcısı olmasını (Lewis asidi) ve çok merkezli bağlanmasını sağlar.

6.3. Bor elementinin kullanım alanları,

Elektron absorblama özelliğinden dolayı nükleer reaktörlerde kontrol çubuğu olarak kullanılır. Radyoaktif bor, alfa ışıması yapar. Bu sayede kanser tedavisinde kullanılır, α ışınları kanserli hücreyi yok eder.

10 1 115 0 5B+ n B

11 7 4 +25 3 2B Li+ He

Borun kararlı iki izotopu yüksek derecede nötron soğurma kapasitesine sahiptir. Bu özellikleri nedeniyle nükleer reaktörlerde nötron soğurucu olarak kullanılır.

Bor telleri, plastik ve metallerle kullanılırsa, bu malzemelerin dayanıklılığını arttırır. Bor, deterjan endüstrisinden uzay endüstrisine kadar birçok alanda kullanılmaktadır.Bor hidrürler, organik bileşiklerin sentezinde katalizör olarak büyük çapta kullanılmaktadır ve kimyada yeni ve ilgi çekici gelişmelere katkı sağlamaya devam etmektedir.

6.3. Bor ve alaşımlarının kullanım alanları,

Ferrobor, nikel bor ve kobalt bor alaşımları Yüksek Teknoloji Seramik ve Kompozitleri Araştırma Merkezi (YTSKAM) laboratuvarlarında geliştirilmiş derin daldırmalı ark ocağında, borik asidin yüksek sıcaklıkta karbonla indirgenmesi ile üretilmektedir.

% 0,04-4,2 B içeren demir bor (ferrobor) alaşımları ve yüzeyinde ince FeB tabakası olan horlanmış çelikler, 800-1000 °C'a kadar oksidasyona dayanıklıdır. Bu nedenle yüksek sıcaklıkta korozyona uğrayabilecek alanlarda kullanılır.

Ferroborun kullanıldığı önemli alanlardan biri de Nd-Fe-B (Neodyum Ferrobor) mıknatıslarıdır. Nd-Fe-B mıknatısları ticari olarak en yüksek mukavemete ve yüksek yoğunluğuna sahiptirler. 850 g Nd-Fe-B mıknatısı 3 kg'lık ferritin yaptığı işi yapmaktadır.

Ferrobor, yüksek oranda Mn, Ni, Cr ve Mo'in sağlayabileceği sertleşebilirlik özelliğini sağlamada, paslanmaz çeliklerde kaynak kabiliyetini yükseltmede, nükleer reaktörlerde regülatör çubuğu yapımında, hadde merdaneleri üretiminde, çeliklerde yüzey sertleştirmede, nötron absorbsiyonunu arttırmada, yassı ve derin çekme işlemine tabi tutulacak çeliklerde, otomobillerin sileceklerinde ve marş motorlarında, manyetik ayırımda, cep telefonlarında, sensörlerde, metalik cam üretiminde, yüksek frekanslı trafo çekirdeklerinde, EKG vb. cihazların sensörlerinde kullanılmaktadır.

6.3. Bor ve alaşımlarının kullanım alanları,

Cam sanayiiSeramik sanayiiTemizleme ve beyazlatma sanayiiYanmayı önleyici (geciktirici) maddelerİlaç ve Kimya SanayiiTarımMetalurjiEnerji depolamaArabalardaki hava yastıklarındaAtık temizleme işlemleriPigment ve kurutucu olarakNükleer uygulamalar

6.4. Bor bileşiklerinin özelliklerini, kullanım alanlarını ve Türkiye için önemi,

Boranlar, hidrojence zengin oldukları için enerji ham maddesi olarak kullanılırlar. Metalik Mg, bortrioksit ile ısıtıldığında oluşan ürün asitlerle etkileştirilirse bir gaz oluşur. Bu gaz uçucu bir madde olan bor hidrür bileşiklerini içerir. Bor hidrürler, bor atomunun sayısına göre diboran (B2H6), tetraboran (B4H10), pentaboran (B5H9), gibi isimler alır.

BH3 molekülü (boran) bir tepkime ara ürünü olarak mevcut olabilirse de kararlı bir bileşik olarak izole edilememiştir. BH3 da, etrafı sadece altı elektronla çevrili olan merkez B atomunda bir oktet boşluğu bulunduğuna dikkat ediniz. Izole edilebilen en basit bor hidrür, diborandır(B2H6). İki B atomu ve dört H atomu aynı düzlemdedir (sayfa düzlemine dik bir düzlem). Burada dört H atomunu bağlamak için B atomları tarafından kullanılan orbitaller sp3 olarak düşünülebilir. Bu dört bağda sekiz elektron bulunur. Böylece geride kalan dört elektron iki H atomunu iki B atomuna bağlamak için kullanılır. Sonuçta dolaylı olarak iki B atomu da birbirine bağlamış olur. Bu durum, iki H atomunun herbiri ayni anda her iki B atomunu bağlarsa başarılabilir. üç atom arasında sadece iki elektronun paylaşıldığı B-H-B köprüleri olağandışıdır. Böyle bağlara bazen "üç merkezli" bağlar da denir.

6.4. Bor bileşiklerinin özelliklerini, kullanım alanları,

Pentaboranın, B5H9 yapısı Bor atomlan, B—B—B çoklu merkez bağlarıyla bağlanırlar. Her B atomuna beş H atomu bağlanır. Diğer dört H atomu ise B atom çiftleri arasında köprü oluşturur.

Bor hidrürler, organik bileşiklerin sentezinde katalizör olarak büyük çapta kullanılmaktadır ve kimyada yeni ve ilgi çekici gelişmelere katkı sağlamaya devam etmektedir.

Borik asit (H3BO3), doğada ılıcalarda bulunur. Borik asit, beyazyapraklar şeklinde kristallenen bir maddedir. Boraksın asitle tepkimesinden elde edilir.Na2B4O7 + 2H+ + 5H2O → 4H3BO3 + 2Na+

Borik asit, tıpta antiseptik madde olarak en çok göz damlalarında, göz pomatlarında ve talk pudralarında kullanılır. Bu ilaçların içine genellikle % 5-10 konsantrasyonunda katılmaktadır.Borik asit, kağıt gibi selülozik malzemelerin alev almasını önlediği için, evlerde kullanılan duvar kağıtlarına yangın riskini azaltmak için %5 oranında eklenir.

Boraks (Na2B407.10H2O), tetraborik asidin (H2B4O7) bir Na tuzu olup sulu çözeltisi bazik özellik gösterir. Boraksın 320-400 °C ısıtılmasıyla susuz boraks kristalleri elde edilir. Boraks; porselen eşya, glazür ve ısı değişikliğine dayanıklı cam (pyrex) yapımında kullanılır.Toz hâlindeki boraks, renkli cam imalinde camı renklendirmek için katkı maddesi olarak kullanılır. Örneğin boraks, kobalt oksitle ısıtılırsa mavi renkli bir pigment oluşturur. Bu pigment cama katıldığında mavi renkli emaye imalinde de kullanılan cam elde edilir.Na2B4O7 + CoO → 2NaBO2 + Co(BO2)2

Boraks incisiBoraks ve borik asit, bakterileri öldürücü niteliği, su içinde kolay çözünürlüğü ve mükemmel su yumuşatıcı özellikleriyle sabunlarda, temizleyicilerde, deterjanlarda, çok çeşitli ilaçların yapımında, tekstil boyamalarında, çeşitli malzemelerin uzun süre korunmasında, hafif dayanımlı alaşımların yapılmasında ve tarım sanayiinde çok yaygın kullanım alanlarına sahiptir.

Perborat iyonu

Sodyum perborat (NaBO3.4H2O): Boraks ve hidrojen peroksidin bir çözeltisinden kristallendirerek elde edilebilen yararlı bir bileşik sodyum perboratar, NaBO3. 4H2O. Bu formül aldatıcı basit bir formül olup daha kesin formül N Na2[B2(O2)2(OH)4 6H2O dir. Bu bileşik, renkleri soldurmayan ağartıcıların yapılmasında kullanılır. Ağartma etkisinin anahtarı, per borat iyonundaki bor atomlarına köprü şeklinde bağlanmış olan peroksi gruplandır (—O — O —).

6.4. Bor bileşiklerinin özelliklerini, kullanım alanları,

Sodyum borohidrür (NaBH4), oto endüstrisi bakımından önemli bir bileşiktir. Susuz bir çözücüde çözünmüş bor triklorürün sodyum hidrür ile tepkimesinden elde edilir.4NaH + BCI3 → NaBH4+ 3NaCI Sodyum borohidrürün iyi bir hidrojen kaynağı olması nedeniyle füze katı yakıtlarında, yüksek enerjili jet motorlarda ve roketlerde saf hidrojen kaynağı olarak kullanımı konusunda çalışmalar yapılmaktadır. Sodyum borohidrür özellikle organik kimyada çok kullanılan bir indirgendir. Ayrıca herhangi bir yüzeyin nikel ile kaplanmasında da kullanılır. Bor bileşikleri birçok endüstri alanında kullanılmaktadır.

6.4. Bor bileşiklerinin özelliklerini, kullanım alanları,

Bazı bor bileşiklerinin özelliklerine göre kullanıldığı alanlar

Cam sanayii İsıya karşı dayanıklılık ve yüzey sertliği gibi özelliklerin istendiği özel camların üretiminde borik asit ve boraks kullanılmaktadır. Pencere camı ve şişe camı sanayiinde ender olarak kullanılır.

Seramik sanayii

Yer karoları gibi seramiklerin yüzeylerindeki kaplamalar emaye fritten yapılır. Bu emayelerin akışkanlıklarını arttırıp yoğunluklarını ve doygunlaşma ısılarını düşürmek için boraks ve borik asit kullanılır.

Temizlik sanayii

Sabun ve deterjanlara mikrop öldürücü ve su yumuşatıcı etkisi nedeniyle.% 10 boraks ve toz deterjanlara da beyazlatıcı etkisini arttırmak için % 10-20arasında sodyum perborat katılır

Yanmayı Önleyici Maddeler

Borik asit ve boratlar, selülozik maddelerin ateşe karşı dayanıklılığını sağlarlar. Tutuşma sıcaklığına gelmeden selülozdaki su moleküllerini uzaklaştırırlar ve oluşan kömürün yüzeyini kaplayarak daha ileri bir yanmayı engellerler.

TarımSusuz boraks ve boraks pentahıdrattan oluşan karışım bitki örtüsünün geliştirilmesi için gübre sanayiinde, sodyum klorat ve bromosol gibi bileşiklerle birlikte otların temizlenmesi veya toprağın sterilleştirilmesı için kullanılmaktadır.

Metalürji sanayii

Bor bileşkleri, elektrolit kaplama sanayiinde, elektrolit elde edilmesinde kullanılmaktadır. Borik asit nikel kaplamada, floroboratlar ve floroborik asitler; kalay, bakır, nikel gibi demir dışı metaller için elektrolit olarak, ferrobor ise çeliğin sertliğinin arttırılmasında kullanılır.

Ahşap sanayiiAhşap malzemelerin kullanım sürelerinin uzatılması için, borik asit ve borakstan elde edilen % 30'luk sodyum oktaborat çözeltisi ile muamele görmüş ahşap malzemeler, yavaş yavaş kurutulduğunda bozulmadan ve çürümeden uzun sure kullanılabilir.

Bor, en fazla ham ve rafine bor ürünleri olarak kullanılmaktadır. Türkiye bor madeni varlığı bakımından dünyanın en önemli ülkesidir. Çünkü dünya bor rezervlerinin % 67'si ülkemizde bulunmaktadır. Bor madenleri. 2172 Sayılı Kanunla devlet eliyle işletilecek madenler kapsamına alındığı için ülkemizde bor madenleri Eti Maden işletmeleri Genel Müdürlüğü tarafından işletilmekte, üretilmekte ve pazarlanmaktadır. Eti Maden dünyadaki en büyük bor üreticisi olup dünya bor üretiminin % 39'unu üretmektedir.Eti Maden işletmeleri'nin bor mineralleri ve rafine bor ürünleri üretimi konusunda sürdürdüğü çalışmalar sonucunda; konsantre ve rafine bor ürünleri üretimi her geçen yıl artmaktadır. Ülkemizdeki konsantre ve rafine bor üretimi, Eti Maden'e ait Kırka, Emet, Bandırma, Bigadiç ve Kestelek işletmelerinde yapılmaktadır. Bu işletmelerde üretilen ürünler şunlardır:Konsantre kolemanit Konsantre tinkal, Konsantre üleksit, Boraks pentahidrat , Boraks dekahidrat, Borik asit, Sodyum perborat monohidrat, Sodyum perborat tetrahidrat, Susuz boraks Kalsine tinkal Boroksit (Susuz borik asit) Zirai borAyrıca İ.T.Ü. Yüksek Teknoloji Seramik ve Kompozitleri Araştırma Merkezi'nde (YTSKAM) üretim teknolojileri geliştirilen başlıca bor, bor bileşikleri ve alaşımları şunlardır:Amorf bor, Kristalin bor, Bor karbür, Hekzagonal ve kübik bor nitrür, Bor alaşımları (ferro bor, nikel bor, kobalt bor)Türkiye; rezerv, üretim ve cevher kalitesi açısından önemli avantajlara sahiptir.

MEB KİMYA

6.4. Bor bileşiklerinin Türkiye için önemi,

6.5. Alüminyum,

Yer kabuğunda oksijen ve silisyumdan sonra en çok rastlanan element alüminyumdur. Alüminyum doğada oksit, hidratlanmış oksit ve silikat hâlinde bulunur. Alüminyum oksit doğada bulunan hemen hemen her mineralde mevcuttur. Fakat alüminyum eldesinde bu minerallerin hepsi kullanılamaz. Çünkü bu minerallardeki alüminyum miktarı azdır. Alüminyumun en önemli mineralleri boksit, feldspat ve killerdir.Boksit, hidratlanmış alüminyum oksit mineralidir, alüminyum oksidin monohidrat (AI2O3.H2O) ve trihidratlarının (AI2O3.3H2O) karışımıdır. Türkiye'de Konya (Seydişehir), Antalya, Adana, Gaziantep ve Muğla'da geniş boksit yatakları bulunmaktadır.Feldspat (K2O.AI2O3.6SiO2), silikat yapısındadır ve bol bulunan alüminyum minerallerinden biridir.Kil adı ile bilinen çok çeşitli mineral vardır. Feldspat minerallerinin su ve karbon dioksit etkisi ile ayrışması sonucu kaolin (AI2O3.2SiO2.2H2O) oluşur. Kaolin, killerden en saf olanıdır.Kil mineralleri, tabakaları arasına giren birtakım anorganik ya da organik anyon ve katyonları adsorplama ve değişebilir konumda tutma özeliğine sahiptir. Bu iyonlar sulu çözeltideki iyonlarla muamale edilerek değiştirilebilir. Kil minerallerinin tabakaları arasında bulunan Na +, K+, Ca2+ ve Mg2+ gibi katyonlar, inorganik ve organik tüm katyonlarla yer değiştirebildiklerinden, değişebilen katyonlar olarak adlandırılırlar. Değişebilen katyon olarak Na+ içeren bir kil CaCI2 çözeltisi ile karıştırıldığında çözeltideki her bir Ca2+ iyonu, iki Na+ iyonunun yerini alır. Bu işleme katyon değiştirme denir. Kil minerallerinin kullanıldığı ve çalışıldığı her alanda katyon değişimi ve katyon değişimi reaksiyonu önemlidir.

Alümina

Alümina olarak bilinen alüminyum oksidin (Al2O3) çeşitli yapıları mevcuttur. Kristal yapıdaki alüminyum okside korundum denir. Beyaz

safir olarak da bilinen saf korundum, değerli bir taştır. Yukarıdaki resimlerde de gördüğünüz bazı değerli taşlar korundumun yanı sıra az

miktarda geçiş metali içerir.Yakut ve safir minerallerinin iyi kristallileri, mücevhercilikte; diğerleri de

metal kesme, parlatma ve aşındırma işlerinde kullanılır.Nurol Teknoloji sertlik, ısıl şoka dayanım, kimyasal korozyona karşı direnç gibi özelliklere sahip alümina bazlı malzemeleri; balistik zırh

plakaları, döküm filtresi, seramik fırın malzemeleri, tekstil seramikleri, kağıt seramikleri, laboratuvar seramiklerinde kullanmaktadır

6.5. Alüminyumun üretim yöntemleri,

Boksitten saf alümin (Al2O3) üretimi:En önemli alüminyum maden cevheri boksittir. Boksit (AI2O3.H2O) safsızlık olarak Fe2O3 içerir ki, bunun uzaklaştırılması gerekir. Ayırmada kullanılan ilke, Al2O3 ün amfoter bir oksit oluşu ve NaOH(aq) de çözüntilesine karşın, demir oksidin bazik bir oksit olup çözünmemesidir.

Deneyin yorumu:a. Al3+

(aq) ve Fe3+(aq) içeren çözeltiye

aşırı OH- katıldığında Fe3+, Fe(OH)3 olarak çöker ve önceden oluşan Al(OH)3(k), [Al(OH)4](aq) vermek üzere yeniden çözünür. b. Fe(OH)3(k) süzülür ve [Al(OH)4] (aq) CO2in etkisiyle biraz asidik yapılır. Burada CO2 kuru buz olarak katılmıştır. (c) Çökmüş olan Al(OH)3(k) berrak, renksiz çözeltinin dibinde toplanır. Isıtıldığında saf Al2O3 elde edilir.

-2 3(k) (aq) 2 (s) 4 (aq)

+4 3 (aq) 3(k) 2 (s)(aq)

3(k) 2 3(k)(saf) 2 (g)

Al O +2OH +3H O 2 Al(OH)

Al(OH) H O Al(OH) +2H O

Al(OH) Al O +3H O

6.5. Alüminyumun üretim yöntemleri,

Alüminin elektrolizi ile metalik alüminyum üretimi:Al2O3 in erime noktası (2020 °C) çok yüksektir ve elektrik iletkenliği zayıf olan bir sıvı oluşturur. Bu nedenle, iyi bir iletken çözücü olmaksızın elektrolizi yapılamaz. Al2O3 in erimiş kriyolitteki (Na3AlF6) elektrolizi başarı ile sonuçlanmıştır.

-22(g)

3 -(s)

+3(k) (s) 2(g)

Yükseltgenme:6O 3O 12

İndirgenme:4(Al 3e Al )

Net Tepkime : 3C +4Al 4Al +3CO

e

Elektroliz işleminde oluşan sıvı hâldeki metalik alüminyum, hücrenin dibine çöker ve belirli sürelerle buradan alınır. Hücreden alınan alüminyum, genellikle % 99,5-99,9 arasında bir saflıktadır ve içerdiği ana safsızlıklar demir ve silisyumdur.

Elektrolizle aluminyum üretiminde tüketilen enerji çok fazla olup, bir ton Al için yaklaşık 15,000 kWsaattir. NaCl(aq) ün elektrolizinde bir ton Cl2 için 3000 kWsaat elektrik kullanılır. Bu sebeple, alüminyum üretim kompleksleri, hidroelektrik santralleri gibi düşük maliyetli enerji üretim kaynaklarına yakın olmalıdır. Alüminyumu yeniden işlemek için gerekli enerji, boksitten metali elde etmek için gerekenin sadece yaklaşık % 5 idir.

6.5. Alüminyumun ve alaşımlarının özellikleri ve kullanım alanları,

Alüminyum,iletken,yumuşak ve hafif bir metal olup mat gümüşümsü renktedir. Alüminyumun rengi, havaya maruz kaldığında üzerinde oluşan ince oksit tabakasından ileri gelir. Alüminyum, zehirleyici ve manyetik değildir. Kıvılcım çıkarmaz. Saf alüminyumun çekme dayanımı yaklaşık 49 Mega Paskal (MPa) iken alaşımlandırıldığında bu değer 700 MPa'a çıkar. Yoğunluğu, çeliğin veya bakırın yaklaşık üçte biri kadardır. Kolaylıkla dövülebilir, makinede işlenebilir ve dökülebilir. Çok üstün korozyon özelliklerine sahip olması, üzerinde oluşan oksit tabakasının koruyucu olmasındandır. Alüminyum,iyi bir indirgendir. Asitlerle ve bazlarla tepkimeye girer. Toz alüminyum hava ile veya diğer yükseltgenlerle kolayca yükseltgenir.Alüminyum, folyo yapımında, roket yakıtlarında ve patlayıcılarda kullanılır.Alüminyum katılan alaşım elemanları, Alüminyumun mukavemet özelliklerini yükseltir. Başlıca alaşım elemanları: Magnezyum,silisyum, bakır, çinko ve bazen de kurşun, nikel ve titandan elementleridir.

Alüminyum alaşımları imal tarzına göre iki ana gruba ayrılabilir:1) Hadde alaşımları (dövülmüş alaşımlar)2) Döküm alaşımlarBaşlıca döküm alaşımları şunlardır. AlCu, AlZnCu, AlCuNi, AlSi, AlSiNi, AlSiMg, AlMg, AlMgSi.

6.5. Alüminyumun ve alaşımlarının özellikleri ve kullanım alanları,

İsim Bileşimleri Özellikleri Kullanım alanları

Al %100 Al

İyi biır indirgendir. Asitlerle ve bazlarla tepkimeye girer. Toz alüminyum hava ile veya diğer yükseltgenlerle kolayca yükseltgenir

Alüminyum, folyo yapımında, roket yakıtlarında ve patlayıcılarda kullanılır.

Duralumin% 94 Al % 4 Cu % 1 Mg % 1 Mn

Sert, hafif, fiziksel ve kimyasal aşındırıcılara dayanıklıdır.

Havacılık sanayii, otomobil sanayii, gemi sanayii, fotoğrafçılık malzemeleri, spor malzemeleri, ev eşyaları, kimya sanayii, hassas ölçü aletlerinde

Silumin % 84 Al % 16 Sı Kimyasal etkilere dayanıklı Kimya endüstrisinde kullanılan

metal kapların yapımında

Magnoks Mg Al Korozyona karşı dayanıklı Nükleer reaktörlerde

Titanal% 85,5 Al % 2,5 Mg % 7 Zn % 1.7 Cu % 0.1 Zr

Yüksek mekanik özellikler (darbe direnci, çekme dayanımı, esneklik gibi)

Yüksek performans sağlaması istenen spor malzemelerinin üretiminde (kayak, snowboard)

6.6. Yaygın alüminyum bileşikleri ve kullanım alanları,

Aynı iki molekül birimi bir araya geldiğinde oluşan moleküle dimer denir. Al2Cl6 nın dimerik yapısı, iki Cl atomunun tek olarak herbir Al atomuna bağlanır ve iki Cl atomunun iki metal atomu ile köprü oluşturduğu biçimde yazılabilir. Bu moleküldeki bağlanma iki Al atomunun sp3 melezleşmesi yapmasıyla açıklanabilir. Köprü oluşturan Cl atomları iki Al atomuna da bağlanır. Köprü Cl ların bağlarından biri bildiğimiz kovalent bağ, diğeri her iki elektronun da Cl atomundan geldiği koordine kovalent bağdır.

Alüminyum Halojenürler: Alüminyum florür, AlF3, oldukça iyonik karakterlidir. Yüksek bir erime noktasına (1040 °C) sahiptir ve eridiğinde elektrik akımın iletir. Bunun aksine, diğer halojenürler formülü Al2X6

(burada X = Cl, Br veya I) an moleküler yapıda bulunurlar. Bu molekülü, iki AlX3 den oluşmuş gibi düşüne biliriz.

Aluminyum halojenürler tepkime vermeye oldukça yatkın Lewis asitleri olup, bir çift elektronu kolayca kabul ederek katılma bileşiği olarak adlandırılan bir asit-baz bileşiği oluştururlar.

6.6. Yaygın alüminyum bileşikleri ve kullanım alanları,

Hidrürler:Hidrür iyonu, H-, halojenür iyonuna benzer olarak düşünülebilir ve AlH4

- iyonu, AlH3 ve H- nun bir katılma bileşiği olarak düşünülebilir. Lityum alüminyum hidrür, LiAlH4, organik kimyada önemli bir indirgendir. Alüminyumun diğer önemli halojenür kompleksi kriyolit (Na3AlF6) tir. Kriyolit, Hall-Heroult yöntemine göre alüminyum metalini elde etmede çözücü ve elektrolit olarak kullanılır.

3 3 6 26 HF+Al(OH) + 3 NaOH Na AlF +6H O

Alüminyum Oksit ve Hidroksit: Alüminyum oksidin yaygın olarak kullanılan birkaç adı vardır. En sık kullanılan adı alüminadır. Kristal yapısında ise korundum adını alır. Saf korundum değerli bir taş olup, beyaz safir olarak ta bilinir. Diğer bazı değerli taşlar az miktarda geçiş metali iyonlan ile korundumdan oluşurlar. örneğin, yakutta Cr3+ ve mavi safirde Fe3+ ve Ti4+ vardır.Alüminanın bağlanma ve kristal yapısı fiziksel özelliklerini belirler. Küçük Al3+ iyonu ve küçük O2- iyonu kuvvetli iyonik bağ yapar. Kristal, düzgün sekizyüzlünün oyuğunu dolduran Al3+ iyonlan ile O2- iyonlarının sıkı istiflenmiş kübik yapıya sahiptir. Bu yapı nedeniyle, alumina çok sert bir maddedir ve çoğu kez aşındırıcı olarak kullanılır. Isıya karşı da dirençlidir (en 2020 °C), yüksek sıcaklık fırınlarında iç kaplamada kullanılır ve katalizör olarak endüstriyel kimyasal işlemlere yardımcı olur. Çok yüksek sıcaklıklar dışında, alüminyum oksit bağıl olarak tepkimeye yatkın değildir; sözde ısıya dayanıklı madde adını alır.

6.6. Yaygın alüminyum bileşikleri ve kullanım alanları,

Alüminyum öncelikle pH = 4,5-8,5 aralığında ince bir Al2O3 tabakası ile kaplandığı için su ile tepkimeye girmesi önlenmiştir. Bu kaplamanın daha kalınlaştınlması ile metalin korozyona direncinin arttırılması mümkündür. Bu işleme anodlaştırma denir. H2SO4(aq) elektrolit olarak kullanıldığı banyoda, alüminyumdan yapılmış nesne anot ve grafit elektrot ise katot olarak kullanılır. Elektroliz sırasında anot da oluşan yarı tepkime aşağıda verilmiştir.

+ -(aq)(k) 2 (s) 2 32Al +3H O Al O +6H +6e

Çeşitli kalınlık ve gözeneklilikte Al2O3 tabakası elde edilebilir. Bununla birlikte boyar madde ve diğer katkı maddelerini soğuran oksit de yapılabilir. Anotlaştırılmış alüminyum, bronz veya siyah pencere çerçevesi gibi binaların mimari kısımlarında kullanılır.Alüminyum hidroksit amfoterdir. Asitlerle tipik metal hidroksiti gibi tepkimeye girer.

-+(aq) (aq)3(k) 3 2 4Al(OH) + 3 H O Al(H O)

Hidroksi kompleks iyonun oluşumunda gösterildiği gibi aynı zamanda bazlarla da tepkime verir.

--(aq) (aq)3(k) 4Al(OH) + OH Al(OH)

6.6. Yaygın alüminyum bileşikleri ve kullanım alanları,

Alüminyum Sülfat ve Saplar: Alüminyum sülfat ticari olarak kullanılan alüminyum bileşiklerinin en önemlisidir. Derişik sıcak H2SO4(aq) ile Al2O3(k) arasındaki tepkime ile elde edilir. Çözeltiden kristallenen bileşik Al2(SO4)3. 18H2O dur. Bu uygulamada suyun pH sı, alüminyum sülfat ilavesi ile Al(OH) 3(k) nın çökebileceği şekilde ayarlanır. Al(OH)3(k) çökerken suda asılı katıları uzaklaştırır. Diğer bir uygulama alanı da kağıt boylandırmasıdır. Boylandırma terimi mum, zamk veya yapay reçinenin kağıda katılarak suya daha dayanıklı hale getirilmesi anlamında kullanılmıştır. Al2(SO4)3(aq) dan çöktürülen Al(OH)3 boylandırıcı maddelerin kağıt içinde depolanmasını sağlar.

şap

Eşit mollerde Al2(SO4)3 ve K2SO4 ın sulu çözeltisi kristallenmeye bırakıldığında, elde edilen kristaller potasyum alüminyum sülfattır, KAl(SO4)2•12H2O, Bu büyük bir sınıf olan ve şaplar diye adlandırılan çift tuzlardan sadece birisidir. Şapların genel formülü M(I)M(III)(SO4)2. 12H2O olup M(I) tek artı bir yüklü bir katyondur (Li+ hariç) ve M(III) artı üç yüklü bir katyondur: Al3+, Ga3+, In3+, Ti3+, V3+, Cr3+, Mn3+, Fe3+, Co3+, Re3+, ya da Ir3+.

Şaplarda bulunan gerçek iyonlar ise [M(H2O)6]+, [M(H2O)6]3+ ve SO42-dur. Çok yaygın olarak

bulunan şaplarda M(I) = K+, Na+ veya NH4+ ve M(III) = Al3+. dir. Li+ şap oluşturamaz, çünkü bu

iyon, kristal yapının oluşturulabilmesinde çok küçük kalır. Sodyum aluminyum sülfat kabartma tozlarında, potasyum alüminyum sulfat boyacılıkta kullanılır. Boyanacak olan dokuma şap çözeltisine daldırılır ve buharda ısıtılır. [Al(H2O)6]3+ hidroliz olduğunda Al(OH)3 dokumanın liflerine depolanır ve boya Al(OH)3 üzerinde soğrulur.

6.7. 3A grubundaki diğer metallerin ve bunların bileşiklerinin endüstriaçısından önemi,

Galyum metali elektronik sanayiinde artan bir öneme sahiptir.

Daha çok galyum arsenür (GaAs) elde edilmesinde kullanılır. Bu bileşik ışığı doğrudan elektriğe dönüştürebilir (fotoiletkenlik). Yarı iletken olan bu madde ışık yayan diyotlarda (LED ler) ve transistörler gibi katı hal düzeneklerinde de kullanılır.

İndiyum yumuşak gümüşe benzer bir metal olup, düşük eriyen alaşımların yapımında kullanılır.

GaAs gibi, InAs de optik düzeneklerde fotoiletIken olarak ve düşük sıcaklık transistörlerinde kullanım alanı bulmuştur.

Talyum bileşikleri son derece zehirlidir ve sanayide pek kullanılmazlar. Bununla birlikte, heyecan verici yeni olası bir kullanım alanı yüksek sıcaklık süperiletkenleridir. Şimdiki durumda, yaklaşık formülü Tl2Ba2Ca2Cu3O8+x olan talyum içeren bir seramikte süperiletken aktiflik için maksimum sıcaklık rekoru 125 K dir.

6.7. 3A grubundaki diğer metallerin ve bunların bileşiklerinin endüstriaçısından önemi,

Bileşik Özellikler Kullanım alanları

GaAs GaN

Işığı doğrudan elektiriğe dönüştürebilir (foto iletkenlik).

Işık yayan diyotlarda (Led ve transistor) kullanılır.

In As, In2S3 , InP Matlaşmayı önler, dış etkilere karşı dayanıklılık kazanır. Yarı iletkenlerin üre timinde kullanılır.

TI2(SO4)3 TKCO3)2

TIBr3Suda çözünürler ve çok zehirlidir. Fare öldürücü olarak kullanılır.

TI2S3İR ışınlarına maruz kaldığında elektrik iletkenliği değişir. Fotosellerde kullanılır.

Başarıllar /MT