Алюминий

Алюминий —

элемент III периода главной подгруппы III группы. Принадлежит к семейству  р-элементов. Валентные электроны  алюминия располагаются на s- и р-подуровнях внешнего электронного слоя. Этих электронов три, поэтому алюминий может образовывать три валентные связи, что для  него наиболее типично. Поэтому для  алюминия обычна степень окисления +3. В некоторых соединениях он имеет степени окисления +2 и +1.

 

Природные соединения алюминия

Земная кора содержит 8,8% алюминия по массе. По распространенности в природе  он занимает четвертое место среди  всех элементов (после кислорода, водорода и кремния) и первое среди металлов. Важнейшие природные соединения алюминия — алюмосиликаты, бокситы, корунд и криолит. 
Физические свойства

Чистый алюминий представляет собой  легкий серебристо-белый металл, очень  пластичный, ковкий и тягучий, температура  плавления 660°С, температура кипения — 2452°С. После серебра и меди металлический алюминий — лучший проводник электричества и тепла. 
Алюминий легко поддается обработке: прокатывается в фольгу.

Химическая  связь  в соединениях алюминия  более  ионная,  чем в соединениях бора. Так,  ВF3 -  газ,  по  химическим  свойствам -  галогенангидрид,  а  АlF3-твердое  соединение  с высокой  температурой  плавления,  его  вполне можно  назвать  солью. 

Ион  Аl3+имеющий  малый  радиус  и  большой  заряд,  проявляет  склонность  к комплексообразованию,  причем  у  алюминия  она  больше,  чем  у  магния (но  меньше,  чем  у  бора). Как и вообще для ионов s- и p-элементов, для Аl3+ характерно образование  комплексов с H2O, ОН-, F, менее устойчивы  комплексы с Сl-, Вr-, I-. Однако Аl3+, как все s- и р-элементы, не  дает  прочных комплексов  с NН3  и его производными, CN-

При  комплексообразовании  в  химическую  связь  могут  вносить  вклад  свободные d-орбитали атома алюминия, что повышает координационное число  с 4 до 6

Алюминий  не  вступает  в  реакцию  с  водородом.  Гидрид  получают косвенным  путем.      При нагревании алюминий энергично взаимодействует  с кислородом:

2Аl(к) + 3O2(г) = 2Аl2O3(к); ∆G° = -3164 кДж

Алюминий  и его соединения амфотерны, поэтому  в алюминиевых цистернах нельзя перевозить не кислоты, не щёлочи

6НСl + 2Al = 2AlCl₃ + 3H₂,

2Al + 2NaOH + 6H₂O = 2Na[Al(OH)₄] + 3H₂

Na[Al(OH)₆]

NaOH + Al = NaAlO₂ + 3H₂

                                   Na3AlO₃+3H₂

       Оксид алюминия Аl2О3- очень твердое, тугоплавкое соединение, т. пл. 2072° С, т. кип.≈ 3500°  С.  Известны  три  его  модификации:  α,  β  и  γ.  Чаще  встречается  α-форма  Аl2О3 –корунд.

При  комнатной  температуре  компактный  оксид алюминия не реагирует с водой, так как не реагирует с водой гидроксид косвенно

3KOH(разб.) + AlCl3 = Al(OH)3↓ + 3KCl 

Формула  Аl(ОН)3  условна,  осажденный  гидроксид  алюминия  содержит  большое

количество  химически связанной воды, поэтому  точнее писать его формулу Аl(ОН)3*xН2O.

При  высушивании  получается  продукт,  состав  которого  близок  к  АlO(ОН),  или (в другой записи) Аl2О3*Н2O.

Типичное  амфотерное  основание,  которое  растворяется и в кислотах и в  щелочах

3HCl+Al(OH)3=AlCl3+ 3H2O 

    Р-р

   Al(OH)₃  + NaOH = Na[Al(OH)₄]

При температуре

Al(OH)₃  + NaOH = Na AlO2+H2O

  Al(OH)₃  + NaOH = Na3AlO3+H2O

 Алюминаты щелочных металлов хорошо растворимы в воде. Они устойчивы только в сильнощелочной  среде,  в  нейтральном  растворе  подвергаются  практически  полному гидролизу.

Алюминий  энергично  взаимодействует  с  галогенами,  образуя  галогениды  АlГ3.

Фторид  алюминия АlF3 - малорастворимое и  тугоплавкое  вещество,  остальные  галогениды алюминия  хорошо  растворяются  не  только  в  воде,  но  и  во  многих  органических растворителях, легкоплавки и летучи. В расплавленном состоянии они неэлектропроводны. Дымят на воздухе вследствие испарения, поглощения паром влаги и образования твердых кристаллогидратов.

Растворение  галогенидов  алюминия  в  воде  сопровождается  выделением  большого количества тепла.

Так,  если  кусок АlВr3  бросить  в  воду,  то  происходит  сильный  взрыв. Из водных  растворов выделяются  кристаллогидраты АlГ3*6Н2O, имеющие строение [Аl(Н2O)6]Г3 активокомплексы.

Безводные АlСl3, АlВr3, АlI3 нельзя получить удалением из кристаллогидратов воды, так как при нагревании происходит гидролиз

АlСl3*6Н2O = Al(ОН)3 + 3Н2O↑ + 3НСl

После прокаливания (180 С) остается Аl2О3

При  высокой  температуре (≈800°  С)  алюминий  взаимодействует  с  азотом,  образуя  нитрид

AlN. Его можно получить также, действуя на Al аммиаком при нагревании:

2Al+N2 = 2AlN

2Al + 2NH3 = 2AlN + 3H2

Если  поджечь  смесь  порошкообразных  алюминия  и  серы,  они  бурно взаимодействуют, образуя сульфид Al2S3.

Al2S3=2Al+3S

Нагреванием  алюминия  с  углеродом  в  электрической  печи (≈2000°  С)  получаю карбид Аl4С3, который можно рассматривать как производное метана, о чем свидетельствует его состав и реакция с водой

Аl4С3(к) + 12Н2O(ж) = 3СН4(г) + 4Аl(ОН)3(к); ∆G° =-1771 кДж