Алюминий
Алюминий — самый распространенный металл в земной коре. Свойства алюминия позволяют активно использовать его в составе металлоконструкций: он легкий, мягкий, прессуемый, обладает высокой коррозионной стойкостью.
Алюминий характеризуется высокой химической активностью, высокой электро- и теплопроводностью. . .
Основное и возбужденное состояние
При переходе атома алюминия в возбужденное состояние 2 электрона s-подуровня неспарены и один электрон переходит в p-подуровень.
Природные соединения
Доход
Алюминий получают электролизом Al 2 O 3 плавится в криолите (Na 3 [AlF 6 ]). Галлий, индий и таллий получают аналогичным путем: электролизом их оксидов и солей.
Химические свойства
При комнатной температуре реагирует с галогенами (кроме фтора) и кислородом и покрывается с оксидной пленкой.
Al + Br 2 → AlBr 3 (бромид алюминия)
При нагревании алюминий вступает в реакцию с фтором, серой, азот и углерод.
Al + F 2 → (t) AlF 3 (фторид алюминия)
Al + S → (t) Al 2 S 3 (сульфид алюминия)
Al + N 2 → (t) AlN (нитрид алюминия)
Al + C → (t) Al 4 C 3 (карбид алюминия)
Алюминий проявляет амфотерные свойства (греч. ἀμφότεροι — двойной), реагирует с кислотами и основаниями.
Al + NaOH + H 2 O → Na[Al(OH) 4 ] + H 2 ↑ (тетрагидроксоалюминат натрия; поскольку алюминий присутствует в чистом виде, выделяется водород)
При прокаливании не образуются комплексные соли, поэтому вода испаряется; вместо них образуются средние соли — алюминаты (академические сложные оксиды):
Реакция с водой
При комнатной температуре не работает из-за образования оксидной пленки — Al 2 ИЛИ 3 — в воздухе. Если окисную пленку разрушить нагреванием щелочного раствора или амальгамированием (покрытием металла слоем ртути), реакция продолжается.
Алюминотермия (от лат. алюминий + therme — жар) — способ получения металлов и неметаллов, заключающийся в восстановлении их оксидов алюминием. Температуры в этом процессе могут достигать 2400 °C.
С помощью алюминотермии получают Fe, Cr, Mn, Ca, Ti, V, W.
Оксид алюминия
Оксид алюминия получают взаимодействием с кислородом; на воздухе алюминий покрывается оксидной пленкой. При нагревании в виде нерастворимого основания гидроксид алюминия легко разлагается на оксид и воду.
Проявляет амфотерные свойства: реагирует с кислотами и основаниями.
Al 2 O 3 + NaOH + H 2 O → Na[Al(OH) 4 ] (тетрагидроксоалюминат натрия)
Гидроксид алюминия
Гидроксид алюминия получают в результате обменных реакций между растворимыми солями алюминия и щелочами. В результате гидролиза солей алюминия часто выпадает белый осадок. — гидроксид алюминия.
Проявляет амфотерные свойства. Реагирует с кислотами и основаниями. Гидроксид алюминия спасибо из-за своей нерастворимости не реагирует с солями.
Al(OH) 3 + LiOH → Li[Al(OH) 4 ] (при избытке щелочь, написание будет правильным — Li 3 [Al(OH) 6 ] — гексагидроксоалюминат лития)
© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2022
Данная статья написана Юрием Сергеевичем Беллевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе копирование на другие сайты и ресурсы в сети Интернет) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя запрещено законом. За материалами статьи и разрешением на их использование обращаться к Юрию Беллевичу .
Источник
Алюминий. Химия алюминия и его соединений
Бинарные соединения алюминия
Алюминий
Положение в периодической таблице химических элементов
Алюминий с обнаружен в главной подгруппе III группы (или группе 13 в виде современного ПСХЭ) и в третьем периоде Д.И. Менделеев.
Электронная структура алюминия и свойства
Электронная конфигурация алюминия в основном состоянии :
+ 13Al 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1 1s 
2s 2p 
3s 3p 
Электронная конфигурация алюминий v с возбуждением :
+13Al * 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 3p 2 1s 2s 2p 3s 
3p 
Алюминий проявляет парамагнитные свойства. Алюминий в воздухе быстро образует прочные оксидные пленки , которые защищают поверхность от дальнейшего взаимодействия, тем самым коррозионная стойкость .
Физические свойства
Алюминий представляет собой легкий серебристо-белый металл, который легко формуется, отливается и обрабатывается. Обладает высокой тепло- и электропроводностью.
Температура плавления 660 °C, температура кипения 1450 °C, плотность алюминия 2,7 г/см3.
Алюминий один из самых ценных цветных металлов для переработки. В последние годы цена на алюминиевый лом в пунктах приема постоянно растет. Перейдите по ссылке, чтобы узнать, как продать алюминиевый лом.
Будь на природе
Алюминий — самый распространенный металл в природе и третий по распространенности из всех элементов (после кислород и кремний). Содержание в земной коре около 8%.
В природе алюминий встречается в виде соединений:
Корунд Al 2 0 3 . Красный корунд называется рубином, синий корунд называется сапфиром.
Способы производства
Алюминий образует прочную химическую связь с кислородом. Поэтому традиционные способы получения алюминия восстановлением из оксида требуют большого количества энергии. Процесс Холла-Эру используется для промышленного производства алюминия. Для понижения температуры плавления глинозем растворяют в расплавленном криолите (при температуре 960-970 °С) Na 3 AlF 6 и затем подвергают к электролизу с угольными электродами . После растворения в криолитовом расплаве оксид алюминия распадается на ионы:
На катоде , восстановление ионов алюминия :
Катод: Al 3+ +3e → Al 0
Окисление алюминат-ионов происходит на аноде :
Суммарное уравнение электролиза оксида алюминия плавлением:
Лабораторный метод получения алюминия заключается в восстановлении алюминия из безводного хлорида алюминия металлическим калием:
AlCl 3 + 3K → AI + 3KCl
Качественная реакция
Качественная реакция на ионы алюминия — взаимодействие избытка солей алюминия со щелочью . Образуется белый аморфный осадок гидроксида алюминия .
Например, , хлорид алюминия реагирует с гидроксид натрия :
AlCl 3 + 3NaOH → Al(OH) 3 + 3NaCl
При дальнейшем добавлении щелочи амфотерный гидроксид алюминия растворяется с образованием тетрагидроксоалюмината : 
Внимание , если добавить соль алюминия избыток щелочного раствора , белый осадок гидроксида алюминия не образуется, так как избыток щелочных соединений алюминия сразу переходит в комплекс :
AlCl 3 + 4NaOH = Na[Al(OH ) 4 ] + 3NaCl
Соли алюминия можно обнаружить с помощью водного раствора аммиака. При взаимодействии растворимых солей алюминия с водным раствором аммиака также выпадает полупрозрачный желеобразный осадок гидроксида алюминия.
AlCl 3 + 3 NH 3 H 2 O = Al(OH) 3 ↓ + 3NH 4 Cl
Al 3+ + 3 NH 3 H 2 O = Al(OH) 3 ↓ + 3NH 4 +
Видео опыт здесь можно увидеть взаимодействие раствора хлорида алюминия с раствором аммиака.
Химические свойства
1. Алюминий вещество, ослабляющее сильное действие . Поэтому он реагирует со многими неметаллами .
1.1. Алюминий реагирует с галогенами с образованием галогенидов :
1.2. Алюминий реагирует с серой с образованием сульфидов :
1.3. Алюминий реагирует с с фосфором . При этом образуются бинарные соединения — фосфиды :
Al + P → AlP
1.4. С азотом алюминий реагирует при нагревании до 1000 °С с образованием нитрида :
2Al + N 2 → 2AlN
1.5. Алюминий реагирует с углеродом с образованием карбида алюминия :
1.6. Алюминий реагирует с кислородом с образованием оксида :
Видеоопыт о взаимодействии алюминия с кислородом воздуха (горение алюминия на воздухе) можно увидеть здесь.
2. Алюминий взаимодействует с сложными веществами:
2.1 . Реагирует алюминий с водой ? Ответ на этот вопрос легко найти, если немного покопаться в памяти. Наверняка хоть раз в жизни вы сталкивались с алюминиевыми кастрюлями или алюминиевыми столовыми приборами. Этот вопрос я люблю задавать студентам на экзаменах. Что еще более удивительно, я получил разные ответы: у некоторых алюминий реагировал с водой. И многие, многие сдались после вопроса: «Может быть, алюминий реагирует с водой при нагревании?» При нагревании алюминий реагирует с водой уже у половины опрошенных))
Однако нетрудно понять, что алюминий все же с водой при нормальных условиях (и даже при нагревании) не взаимодействует . И мы уже обсуждали почему: путем создания оксидной пленки . Но если алюминий очистить от оксидной пленки (например, амальгама ), то он будет взаимодействовать с водой очень активно с образованием гидроксида алюминия и водород :
2Al 0 + 6 H 2 + O → 2 Al +3 (OH) 3 <11 > ; + 3 H 2 0
Амальгаму алюминия можно получить погружением кусочков алюминия в раствор ртути (II) хлорид:
3HgCl 2 + 2Al → 2AlCl 3 + 3Hg
Видео опыт здесь можно посмотреть взаимодействие амальгамы алюминия с водой.
2.2. Алюминий реагирует с минеральными кислотами (соляной кислотой, фосфорной кислотой и разбавленной серной кислотой). При этом образуются соль и водород.
Например, алюминий бурно реагирует с кислотой. хлористого водорода :
2Al + 6HCl = 2AlCl 3 + 3H 2 ↑ <29 <3
<42 <3
2.3. При нормальных условиях алюминий не реагирует с концентрированной серной кислотой из-за пассивации : образование плотной оксидной пленки При нагревании реакция продолжается образуют оксид серы (IV) , сульфат алюминия и воду :
2.4. Алюминий не реагирует с концентрированной азотной кислотой также из-за пассивации.
С разбавленной
азотной кислотой алюминий реагирует с образованием азота молекулярного:
Когда порошкообразный алюминий реагирует с очень разбавленная азотная кислота , нитрат аммония :
2.5. Алюминий является амфотерным металлом , поэтому он реагирует со щелочью . При взаимодействии алюминия с щелочным раствором , тетрагидроксоалюминатом и водородом :
2Al + 2NaOH + 6H 2 O → 2Na[Al(OH) 4 ] + 3H 2 ↑
Видео опыт взаимодействие алюминия со щелочью и водой можно посмотреть здесь.
Алюминий реагирует с расплавленной щелочью с образованием алюмината e водорода :
2Al + 6NaOH → 2Na 3 AlO 3 + 3H 2 ↑
Одну и ту же реакцию можно записать по-разному (для экзамена рекомендую написать реакцию так):
2Al + 6NaOH → 2NaAlO 2 + 3H 2 ↑ + 2Na 2 ИЛИ <29 <3
2.6. Алюминий восстанавливает менее активные металлы из оксидов . Процесс получения металлов из оксидов называется алюминотермией .
Например, алюминий вытесняет медь из оксида меди (II). . Реакция сильно экзотермична:
2Al + 3CuO → 3Cu + Al 2 O 3
Другой пример : алюминий восстанавливает железо из пластинчатого железа , оксида железа (II, III) :
Восстановительные свойства алюминия проявляются и при взаимодействии с сильными окислителями: пероксидом натрия , нитратами и нитритами в щелочной среде перманганат , соединения хрома (VI):
Источник