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  • 鍺 2008/06/23

    鍺(Germanium)
    高雄市立高雄女中化學科洪瑞和老師/國立中山大學董騰元教授責任編輯

    1871年，元素週期律的發現者門得列夫曾預言”類矽”元素的存在。

    1886年，德國化學家Winkler C. A.用光譜的方法分析硫銀鍺礦時，8個全分析結果均差7%左右，因此他斷定礦石中一定含有一種未知的新元素。他用氫氣還原硫化鍺製得了金屬鍺。Clemens Winkler為了紀念他的祖國，把新元素命名為Germanium（德國的拉丁名為Germania），元素符號Ge，中文為鍺。

    鍺在地殼中的含量為7×10-7，比金、銀、鉑還多，但尚未有大規模的開採，因為鍺是最分散的元素之一。大量的鍺以分散狀態存在於各種金屬的矽酸鹽礦和硫化物礦、以及各種形式的煤中。其中含鍺量最高的礦是低溫閃鋅礦，含量在0.01%~0.1%之間；含鍺量較高的礦物有硫銀鍺礦4AgS∙GeS2、鍺石礦 CuS∙FeS∙GeS2、含鍺量在0.001%~0.1%之間。 Continue reading →

  • 沸點 2008/06/17

    沸點(Boiling point)
    臺北市立第一女子高級中學化學科江慧玉老師/國立臺灣大學化學系陳竹亭教授責任編輯

    液體的蒸氣壓(vapor pressure)與周圍環境的壓力相等時，此時液體沸騰(boiling)的溫度稱為「沸點」。液體在低壓環境下的沸點比一般環境（受大氣壓力影響）的沸點低；而在高壓環境中的沸點比其在大氣環境下的沸點為高。換句話說，任何液體在不同的環境條件下，有不同的沸點。在沸點的溫度下，液體中的分子足以克服內聚力(cohesive force)的束縛而汽化(vaporization)，氣體分子形成氣泡逸去。 液體的正常沸點（normal boiling point，又稱為大氣沸點）是液體的蒸氣壓等於我們定義的『海平面上的氣壓』即『一大氣壓』(atmospheric pressure)時的沸點。國際純化學暨應用化學聯合會（簡稱IUPAC）將正常沸點定義為：『液體在一大氣壓下沸騰時的溫度』。

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  • 鎂 2008/05/07

    鎂 (Magnesium)
    高雄市立高雄女中化學科洪瑞和老師/國立中山大學董騰元教授責任編輯

    鎂是地殼中分布最廣的元素之一，但由於它的化學性質活潑不易將它自化合物中分離出來，因此長期以來，化學家不能肯定它們作為元素單質存在。直至電池發明以後，利用電解的方式分離出鎂元素單質後，才被確定是元素。

    1808年，英國化學家戴維(Davy H.)電解汞和氧化鎂的混合物，得到鎂汞齊，將鎂汞齊中的汞蒸餾後，就得到了銀白色的金屬鎂。

    鎂的英文名稱為Magnesium，希臘文原意為”美格尼西亞”，因為在希臘的”美格尼西亞”城附近當時盛產一種稱為苦土的鎂礦(氧化鎂)，古羅馬人把這種礦物稱為magnesia alba，”alba”的意思是白色的，意即”白色的美格尼西亞”，中文翻譯成鎂，元素符號為Mg。 Continue reading →

  • 鋁鹽與鋁酸 2008/05/07

    鋁(Aluminium)鹽與鋁酸鹽
    高雄市立高雄女中化學科洪瑞和老師/國立中山大學董騰元教授責任編輯

    鋁鹽： 鋁鹽都含有Al3+離子，在水溶液中Al3+是以八面體水合錯離子[Al(H2O)6]3+的形式存在，它水解使溶液呈酸性： [Al(H2O)6]3++H2O →[Al(H2O)5OH]2++H3O+ ，[Al(H2O)5OH]2+還會逐級水解，直至產生Al(OH)3沉澱。鋁鹽加熱時會促進Al3+水解而產生一部分Al(OH)3沉澱： [Al(H2O)6]3+ →Al(OH)3+3H2O+3H+ ；在鋁鹽溶液中加入碳酸鹽或硫化物會促使鋁鹽完全水解：2Al3++3CO32-+3H2O →2Al(OH)3+3CO2；2Al3++3S2- +3H2O →2Al(OH)3+3H2S。

    鋁酸鹽：Al2O3與鹼熔融可以製得鋁酸鹽：Al2O3+2NaOH →2NaAlO2+H2O固態的鋁酸鹽有NaAlO2、KAlO2等，但在水溶液中鋁酸鹽離子是以[Al(OH)4]–的形式存在。 鋁酸鹽水解使溶液呈鹼性：[Al(OH)4]– →Al(OH)3+OH– 在這個溶液中通入CO2氣體，可以促使水解的進行而得到Al(OH)3沉澱：2NaAlO2+CO2+3H2O→2Al(OH)3+Na2CO3工業上正是利用這個反應從鋁礬土礦製取Al(OH)3，而後製備Al2O3。

    三氯化鋁AlCl3：為共價鍵為主分子化合物，在氣相或非極性溶劑中會以Al2Cl6二聚物存在，兩個AlCl3靠氯橋鍵結合起來形成Al2Cl6分子，與B2H6氫橋鍵類似。無水AlCl3為一白色固體，容易水解生成Al(OH)3 沉澱，可作為淨水劑。

    硫酸鋁與明礬：硫酸鋁易與K+、Rb+、Cs+、NH4+、Ag+等一價金屬離子的硫酸鹽結合形成複鹽，通稱礬，其通式為 MAl(SO4)2∙12H2O(M代表+1價金屬陽離子)。在礬的結構中，有6個水分子與Al3+配位，形成[Al(H2O)6]3+離子，剩下的為晶格中的水分子，它們在[Al(H2O)6]3+與陰離子(SO42-)之間形成氫鍵。KAl(SO4)2∙12H2O亦稱鋁鉀礬，俗稱明礬。硫酸鋁或明礬多易溶於水並水解，其水解產物均有吸附或凝聚作用，因此硫酸鋁和明礬被用做淨水劑或絮凝劑。

  • 鋁的製備與冶煉 2008/05/07

    鋁(Aluminium)的製備與冶煉
    高雄市立高雄女中化學科洪瑞和老師/國立中山大學董騰元教授責任編輯

    鋁是活潑金屬，它的離子有很高的水合能，因此不能從水溶液中提取此種金屬。但從乾燥態的化合物製備鋁又需要更活潑的金屬（如鈉）作還原劑，在經濟上和操作上都是不利的。近代工業是用電解熔融氧化物的方法能製備金屬鋁。

    以鋁礬土礦出發提煉鋁的步驟如下：
    (1)用鹼溶液處理鋁礬土礦Al2O3或是用碳酸鈉焙燒鋁礬土礦得到鋁酸鹽：Al2O3+2NaOH+3H2O→2Na[Al(OH)4] Al2O3+Na2CO3→2NaAlO2+CO2
    (2)將鋁酸鹽溶液靜置澄清除去不溶雜質後，向鹼溶液中通入CO2促使鋁酸鹽水解：2Na[Al(OH)4]+CO2→2Al(OH)3+Na2CO3+H2O 2NaAlO2+CO2+3H2O→2Al(OH)3+Na2CO3
    (3)將Al(OH)3過濾分離，乾燥後煅燒，便得到符合電解需要的純淨的氧化鋁：Al(OH)3→Al2O3+3H2O 分離後剩下的Na2CO3再轉成NaOH後又可以再次用來浸提鋁礬土。
    (4)將Al2O3熔在熔融的冰晶石Na3AlF6（電解質）中進行電解。2Al2O3→4Al+3O2，電解約在1000℃時進行，在陰極上得到金屬鋁，鋁是液態的，可由電解槽底部流出，鑄成鋁錠。
    電解槽使用石墨作陰、陽極，每電解出1噸金屬鋁要消耗2×104kWh的電能，電解鋁純度約為98~99%，
    雜質主要有矽、鐵和微量的鎵。

  • 鋁的性質 2008/05/07

    鋁(Aluminium)的性質
    高雄市立女子高級中學化學科洪瑞和老師/國立中山大學董騰元教授責任編輯

    鋁是典型的兩性元素。鋁易溶於稀酸，能從稀酸中置換氫，不過鋁的純度愈高，在酸中的反應愈慢。 2Al+3H2SO4→Al2(SO4)3+3H2。 在冷的濃硝酸和濃硫酸中，鋁的表面會被鈍化不發生作用。但鋁能與熱的濃硫酸應：2Al+6H2SO4(濃)→Al2(SO4)3+3SO3+6H2O 鋁能溶在強鹼溶液中生成鋁酸鈉，其脫水產物或高溫熔融產物的組成符合最簡式NaAlO2 ：2Al+2NaOH+6H2O→2Na[Al(OH)4]+3H2 鋁是親氧元素，一接觸空氣，其表面立即生成一層緻密的氧化膜，阻止內層的鋁繼續被氧化，使鋁在空氣中有很高的穩定性。 高溫下反應並放出大量的熱：4Al+3O2→2Al2O3，H=-3339kJ/mol ，利用這個反應的高反應熱，鋁常被用來行其他氧化物中置換金屬，這種方法被稱為鋁熱法，例：2Al+Fe2O3→Al2O3+2Fe 在反應中放出的熱量可以把反應混和物加熱至很高的溫度(3000℃)，使產物金屬熔化而與氧化鋁熔渣分層。鋁熱還原法常被用來焊接損壞的鐵路鋼軌，這種方 法也常被用來還原某些難以還原的金屬氧化物（如MnO2、Cr2O3等）。所以鋁是冶金工業上常用的還原劑。 在高溫下，鋁也容易與其他非金屬反應生成硫化物、鹵化物等。

    它被廣泛用於製造日用器皿。鋁與氧在

  • 鋁的化合物 2008/05/07

    鋁(Aluminium)的化合物(Compound)
    高雄市立高雄女子高級中學化學科洪瑞和老師/國立中山大學董騰元教授責任編輯

    氧化鋁：
    Al2O3有多種晶體結構，其中最為人們所熟悉的是α-Al2O3和γ-Al2O3。它們都是難溶與不溶於水的白色粉末。金屬鋁表面上的氧化膜則屬於另外一種晶形。
    α-Al2O3：自然界存在的剛玉為α-Al2O3，晶形為六方最密堆積，6個氧原子圍成一個八面體，在整個晶體中有2/3的八面體孔穴被Al原子所佔據。由於這種緊密堆積結構晶格能很大，所以α-Al2O3的熔點(~2000℃)和硬度(8.8)都很高。它不溶於水，也不溶於酸或鹼，耐腐蝕且電絕緣性好。還可用做高硬度的研磨材料和耐火材料。天然或人造剛玉中由於含有不同的雜質而有多種顏色，例如含有微量Cr2+時呈紅色，稱為紅寶石；含有Fe2+、Fe3+或Ti4+的稱為藍寶石。將水合氧化鋁加熱至1000℃以上，可以得到α-Al2O3。

    加熱使氫氧化鋁脫水，在較低的溫度下生成γ-Al2O3。它的晶體屬於面心立方堆積。Al原子不規則地排列在由O原子圍成的八面體和四面體空穴中。這種結 構使γ-Al2O3硬度不高，具有較大的表面積，粒子小，具有較高的吸附能力和催化活性，性質比α-Al2O3活潑，較易溶於酸或鹼溶液，又名活性氧化鋁，可以用做吸附劑和催化劑。Al2O3+6H+→2Al3++3H2O Al2O3+2OH–→2AlO2–+H2O

    氫氧化鋁：Al2O3的水合物一般稱為氫氧化鋁Al(OH)3，加氨水或鹼於鋁鹽溶液中，可以沉澱出體積蓬鬆的白色Al(OH)3沉澱。它是一種兩性氫氧化物，但其鹼性略強於酸性，仍屬於弱鹼。Al3++3OH–+Al(OH)3 → Al(OH)3+3H+ +Al3++3H2O Al(OH)3+OH–→[Al(OH)4–] ，Al(OH)3不溶於NH3中，它與NH3不會生成錯合物。Al(OH)3和Na2CO3一同溶於氫氟酸中，則可生成冰晶石 Na3AlF6：2Al(OH)3+12HF+3Na2CO3 →2Na3AlF6+3CO2+9H2O

  • 鋁 2008/05/07

    鋁(Aluminium)
    高雄市立高雄女子高級中學化學科洪瑞和老師/國立中山大學董騰元教授責任編輯

    1825年，丹麥化學家和礦物學家Oersted H. C.用鉀汞齊還原無水氯化鋁，第一個製備出不純的金屬鋁。

    1827年，德國化學家維勒(Wöhler F.)用金屬鉀還原無水氯化鋁，製備出較純的鋁，並描述了它的許多性質。

    由於維勒製取鋁的方法不可能應用於大量生產，因此鋁曾經是珠寶店裡的商品，王室的珍寶。直到1886年，美國科學家豪爾及法國科學家埃羅分別獨立地用電解法製取鋁獲得成功，才使鋁成為普通的商品。

    鋁的命名源自拉丁文Alumen，在歐洲這是對具有收斂性礬的總稱。英文名稱為 Aluminium，元素符號為Al。

    鋁在自然界中主要以礬土礦(bauxite ore)形式存在，它是一種含有雜質的水合氧化鋁礦。鋁元素在地殼中的含量僅次於氧和矽，名列第三(8%)。在全部金屬元素中鋁占第一位，它比鐵幾乎多了一倍，是銅的近千倍。 Continue reading →