Алюминий. Соединения алюминия. Амфотерный характер свойств оксида алюминия и гидроксида алюминия

Электронная конфигурация внешнего уровня алюминия … 3s²3p¹.

В возбужденном состоянии один из s-электронов переходит на свободную ячейку p-подуровня, такое состояние отвечает валентности III и степени окисления +3.

Во внешнем электронном слое атома алюминия существуют свободные d-подуровни. Благодаря этому его координационное число в соединениях может равняться не только 4 ([А1(ОН)₄]^-), но и 6 – ([А1(ОН)₆]^3-).

Нахождение в природе

Самый распространенный в земной коре металл, общее содержание алюминия в земной коре составляет 8, 8%.

В свободном виде в природе не встречается.

Важнейшие природные соединения – алюмосиликаты:

белая глина Al₂O₃ ∙ 2SiO₂ ∙ 2H₂O, полевой шпат K₂O ∙ Al₂O₃ ∙ 6SiO₂, слюда K₂O ∙ Al₂O₃ ∙ 6SiO₂ ∙ H₂O

Из других природных форм нахождения алюминия наибольшее значение имеют бокситы А1₂Оз ∙ nН₂О, минералы корунд А1₂Оз и криолит А1Fз ∙3NaF.

Получение

В настоящее время в промышленности алюминий получают электролизом оксида алюминия А1₂О₃ в расплаве криолита.

Процесс электролиза сводится в конечном итоге к разложению А1₂Оз электрическим током

2А1₂Оз = 4А1 + 3О₂ (950⁰C, А1Fз ∙3NaF,эл.ток)

На катоде выделяется жидкий алюминий:

А1³⁺ + 3е- = Al⁰

На аноде выделяется кислород.

Физические свойства

Легкий, серебристо-белый, пластичный металл, хорошо проводит электрический ток и тепло.

На воздухе алюминий покрывается тончайшей (0,00001 мм), но очень плотной пленкой оксида, предохраняющей металл от дальнейшего окисления и придающей ему матовый вид.

Алюминий легко вытягивается в проволоку и прокатывается в тонкие листы. Алюминиевая фольга (толщиной 0,005 мм) применяется в пищевой и фармацевтической промышленности для упаковки продуктов и препаратов.

Химические свойства

Алюминий является весьма активным металлом, немного уступающим по активности элементам начала периода – натрию и магнию.

1. алюминий легко соединяется с кислородом при комнатной температуре, при этом на поверхности алюминия образуется оксидная пленка (слой А1₂О₃). Эта пленка очень тонкая (≈ 10^-5мм), но прочная. Она защищает алюминий от дальнейшего окисления и поэтому называется защитной пленкой

4Al + 3O₂ = 2Al₂O₃

2. при взаимодействии с галогенами образуются галогениды:

с хлором и бромом взаимодействие происходит уже при обычной температуре, с йодом и серой - при нагревании.

2Al + 3Cl₂ = 2AlCl₃

2Al + 3S= Al₂S₃

3. при очень высоких температурах алюминий непосредственно соединяется также с азотом и углеродом.

2Al + N₂ = 2AlN нитрид алюминия

4Al + 3С = Al₄С₃ карбид алюминия

C водородом алюминий не взаимодействует.

4. по отношению к воде алюминий вполне устойчив. Но если механическим путем или амальгамированием снять предохраняющее действие оксидной пленки, то происходит энергичная реакция:

2Al + 6Н₂О = 2Al(ОН)₃ + 3H₂↑

5. взаимодействие алюминия с кислотами

С разб. кислотами (HCl, H₂SO₄) алюминий взаимодействует с образованием водорода.

2Al + 6HCl = 2AlCl₃ + 3H₂

На холоду алюминий не взаимодействует с концентрированными серной и азотной кислотой.

Взаимодействует с конц. серной кислотой при нагревании

8Al + 15H₂SO₄ = 4Al₂(SO₄)₃ + 3H₂S↑ + 12H₂O

С разбавленной азотной кислотой алюминий реагирует с образованием NO

Al + 4HNO₃ = Al(NO₃)₃ + NO↑ +2H₂O

6. взаимодействие алюминия со щелочами

Алюминий, как и другие металлы, образующие амфотерные оксиды и гидроксиды, взаимодействуют с растворами щелочей.

Алюминий при обычных условиях, как уже было отмечено, покрыт защитной пленкой А1₂О₃. При действии на алюминий водных растворов щелочей слой оксида алюминия А1₂О₃ растворяется, причем образуются алюминаты - соли, содержащие алюминий в составе аниона:

А1₂О₃ + 2NaOH + 3Н₂О = 2Na[Al(ОН)₄]

Алюминий, лишенный защитной пленки, взаимодействует с водой, вытесняя из нее водород

2Al + 6Н₂О = 2Al (ОН)₃ + 3H₂↑

Образующийся гидроксид алюминия, реагирует с избытком щелочи, образуя тетрагидроксоалюминат

Аl(ОН)₃ + NaOH = Na[Al(OH)₄]

Суммарное уравнение растворения алюминия в водном растворе щелочи:

2Al + 2NaOH + 6Н₂О = 2Na[Al (ОН)₄ ]+ 3H₂↑

Оксид алюминия А1₂О₃

Белое твердое вещество, нерастворимое в воде, температура плавления 2050⁰С.

Природный А1₂О₃ - минерал корунд. Прозрачные окрашенные кристаллы корунда - красный рубин – содержит примесь хрома - и синий сапфир - примесь титана и железа - драгоценные камни. Их получают так же искусственно и используют для технических целей, например, для изготовления деталей точных приборов, камней в часах и т.п.

Химические свойства

Оксид алюминия проявляет амфотерные свойства

1. взаимодействие с кислотами

А1₂О₃ +6HCl = 2AlCl₃ + 3H₂O

2. взаимодействие со щелочами

А1₂О₃ + 2NaOH – 2NaAlO₂ + H₂O

Al₂O₃ + 2NaOH + 5H₂O = 2Na[Al(OH)₄(H₂O)]

3. при накаливании смеси оксида соответствующего металла с порошком алюминия происходит бурная реакция, ведущая к выделению из взятого оксида свободного металла. Метод восстановления при помощи Al (алюмотермия) часто применяют для получения ряда элементов (Cr, Мп, V, W и др.) в свободном состоянии

2А1 + WO₃ = А1₂Оз + W

4. взаимодействие с солями, имеющими сильнощелочную среду, вследствие гидролиза

Al₂O₃ + Na₂CO₃ = 2 NaAlO₂ + CO₂

.

Гидроксид алюминия А1(ОН)₃

А1(ОН)₃ представляет собой объемистый студенистый осадок белого цвета, практически нерастворимый в воде, но легко растворяющийся в кислотах и сильных щелочах. Он имеет, следовательно, амфотерный характер.

Получают гидроксид алюминия реакцией обмена растворимых солей алюминия со щелочами

AlCl₃ + 3NaOH = Al(OH)₃↓ + 3NaCl

Al³⁺ + 3OH^- = Al(OH)₃↓

Данную реакцию можно использовать как качественную на ион Al³⁺

Химические свойства

1. взаимодействие с кислотами

Al(OH)₃ +3HCl = 2AlCl₃ + 3H₂O

2. при взаимодействии с сильными щелочами образуются соответствующие алюминаты:

NaOH + А1(ОН)з = Na[A1(OH)₄]

3. термическое разложение

2Al(OH)₃ = Al₂О₃ + 3H₂O

Соли алюминия подвергаются гидролизу по катиону, среда кислая (рН < 7)

Al³⁺ + Н⁺ОН^- ↔ AlОН²⁺ + Н⁺

Al(NO₃)₃ + H₂O↔ AlOH(NO₃)₂ + HNO₃

Растворимые соли алюминия и слабых кислот подвергаются полному (необратимому гидролизу)

Al₂S₃+ 3H₂O = 2Al(OH)₃ +3H₂S

Применение в медицине и народном хозяйстве алюминия и его соединений.

Легкость алюминия и его сплавов и большая устойчивость к воздуху и воде обуславливают их применение в машиностроении, авиастроении. В виде чистого металла алюминий применяется для изготовления электрических проводов.

Алюминиевая фольга (толщиной 0,005 мм) применяется в пищевой и фармацевтической промышленности для упаковки продуктов и препаратов.

Оксид алюминия Al₂O₃ – входит в состав некоторых антацидных средств (например, Almagel), используется при повышенной кислотности желудочного сока.

КAl(SO₄)₃ 12H₂О – алюмокалиевые квасцы применяются в медицине для лечения кожных заболеваний, как кровоостанавливающие средство. А также используют как дубильное вещество в кожевенной промышленности.

(CH₃COO)₃Al - Жидкость Бурова- 8% раствор ацетата алюминия оказывает вяжущее и противовоспалительное действие, в больших концентрациях обладает умеренными антисептическими свойствами. Применяется в разведенном виде для полоскания, примочек, при воспалительных заболеваниях кожи и слизистых оболочек.

AlCl₃ - применяется в качестве катализатора в органическом синтезе.

Al₂(SO₄)₃ · 18 H₂0 – применяется при очистки воды.

Контрольные вопросы для закрепления:

1. Назовите высшую валентность степень окисления элементов III А группы. Объясните с точки зрения строения атома.

2.Назовите важнейшие соединения бора. Что является качественной реакцией на борат-ион?

3. Какие химические свойства имеют оксид и гидроксид алюминия?

Рекомендуемая литература

Обязательная

Пустовалова Л.М., Никанорова И.Е. Неорганическая химия. Ростов-на-Дону. Феникс. 2005. –352с. гл. 2.1 с. 283-294

Дополнительная

1. Ахметов Н.С. Общая и неорганическая химия. М.:Высшая школа, 2009.- 368с.

2. Глинка Н.Л. Общая химия. КноРус, 2009.-436 с.

3. Ерохин Ю.М. Химия. Учебник для студ. Сред проф.образ.-М.: Академия, 2006.- 384с.

Электронные ресурсы

1. Открытая химия: полный интерактивный курс химии для уч-ся школ, лицеев, гимназий, колледжей, студ. технич.вузов: версия 2.5-М.: Физикон, 2006. Электронный оптический диск CD-ROM

2..1С: Репетитор – Химия, для абитуриентов, старшеклассников и учителей, ЗАО «1С», 1998-2005. Электронный оптический диск CD-ROM

3. Химия. Основы теоретической химии. [Электронный ресурс]. URL: http://chemistry.narod.ru/himiya/default.html

4. Электронная библиотека учебных материалов по химии [Электронный ресурс]. URL: http://www.chem.msu.su/rus/elibrary/

Дата добавления: 2014-01-04