Алюминий
Главную подгруппу III группы периодической системы составляют
бор (В),алюминий (Аl), галлий (Ga), индий (In) и таллий (Тl).
Как видно из приведенных данных, все эти элементы были открыты в XIXстолетии.
Открытие металлов главной подгруппы III группы
| В | Al | Ga | In | Tl |
| 1806 г. | 1825 г. | 1875 г. | 1863 г. | 1861 г. |
| Г.Люссак, | Г.Х.Эрстед | Л. де Буабодран | Ф.Рейх, | У.Крукс |
| Л. Тенар | (Дания) | (Франция) | И.Рихтер | (Англия) |
| (Франция) | (Германия) |
Бор представляет собой неметалл. Алюминий — переходный металл, а галлий, индий и таллий — полноценные металлы. Таким образом, с ростом радиусов атомов элементов каждой группы периодической системы металлические свойства простых веществ усиливаются.
Рассмотрим подробнее свойства алюминия.
1. Положение алюминия в таблице Д. И. Менделеева. Строение атома, проявляемые степени окисления.
Элемент алюминий расположен в III группе, главной «А» подгруппе, 3 периоде периодической системы, порядковый номер №13, относительная атомная масса Ar(Al) = 27. Его соседом слева в таблице является магний – типичный металл, а справа – кремний – уже неметалл. Следовательно, алюминий должен проявлять свойства некоторого промежуточного характера и его соединения являются амфотерными.
Al +13)2)8)3, p – элемент,
Ссылка
Алюминий проявляет в соединениях степень окисления +3:
Al0 – 3 e- → Al+3 восстановитель
2. Физические свойства
Алюминий в свободном виде — серебристо-белый металл, обладающий высокой тепло- и электропроводностью. Температура плавления 650 оС. Алюминий имеет невысокую плотность (2,7 г/см3) — примерно втрое меньше, чем у железа или меди, и одновременно — это прочный металл.
4. Химические свойства алюминия и его соединений
Алюминий легко взаимодействует с кислородом при обычных условиях и покрыт оксидной пленкой (она придает матовый вид).
Её толщина 0,00001 мм, но благодаря ней алюминий не коррозирует. Для изучения химических свойств алюминия оксидную пленку удаляют. (При помощи наждачной бумаги, или химически: сначала опуская в раствор щелочи для удаления оксидной пленки, а затем в раствор солей ртути для образования сплава алюминия с ртутью – амальгамы).
I. Взаимодействие с простыми веществами
Алюминий уже при комнатной температуре активно реагирует со всеми галогенами, образуя галогениды. При нагревании он взаимодействует с серой (200 °С), азотом (800 °С), фосфором (500 °С) и углеродом (2000 °С), с йодом в присутствии катализатора - воды:
2Аl + 3S = Аl2S3 (сульфид алюминия),
2Аl + N2 = 2АlN (нитрид алюминия),
Аl + Р = АlР (фосфид алюминия),
4Аl + 3С = Аl4С3 (карбид алюминия).
2 Аl + 3 I2 = 2 AlI3 (йодид алюминия) опыт
Все эти соединения полностью гидролизуются с образованием гидроксида алюминия и, соответственно, сероводорода, аммиака, фосфина и метана:
Al2S3 + 6H2O = 2Al(OH)3 + 3H2S
Al4C3 + 12H2O = 4Al(OH)3+ 3CH4
В виде стружек или порошка он ярко горит на воздухе, выделяя большое количество теплоты:
4Аl + 3O2 = 2Аl2О3 + 1676 кДж.
II. Взаимодействие со сложными веществами
Взаимодействие с водой:
2 Al + 6 H2O = 2 Al (OH)3 + 3 H2
без оксидной пленки
Взаимодействие с оксидами металлов:
Алюминий – хороший восстановитель, так как является одним из активных металлов. Стоит в ряду активности сразу после щелочно-земельных металлов. Поэтому восстанавливает металлы из их оксидов. Такая реакция – алюмотермия – используется для получения чистых редких металлов, например таких, как вольфрам, ваннадий и др.
3 Fe3O4 + 8 Al = 4 Al2O3 + 9 Fe +Q
Взаимодействие с кислотами:
С раствором серной кислоты:
2 Al + 3 H2SO4 = Al2(SO4)3 + 3 H2
С холодными концентрированными серной и азотной не реагирует (пассивирует). Поэтому азотную кислоту перевозят в алюминиевых цистернах. При нагревании алюминий способен восстанавливать эти кислоты без выделения водорода:
2Аl + 6Н2SО4(конц) = Аl2(SО4)3 + 3SО2 + 6Н2О,
Аl + 6НNO3(конц) = Аl(NO3)3 + 3NO2 + 3Н2О.
Взаимодействие со щелочами.
2 Al + 2 NaOH + 6 H2O = 2 Na[Al(OH)4] + 3 H2
Na[Аl(ОН)4] – тетрагидроксоалюминат натрия
По предложению химика Горбова, в русско-японскую войну эту реакцию использовали для получения водорода для аэростатов.
С растворами солей:
2Al + 3CuSO4 = Al2(SO4)3 + 3Cu
Если поверхность алюминия потереть солью ртути, то происходит реакция:
2Al + 3HgCl2 = 2AlCl3 + 3Hg
Выделившаяся ртуть растворяет алюминий, образуя амальгаму.
Задание №1. Для получения алюминия из хлорида алюминия в качестве восстановителя можно использовать металлический кальций. Составьте уравнение данной химической реакции, охарактеризуйте этот процесс при помощи электронного баланса. Подумайте! Почему эту реакцию нельзя проводить в водном растворе?
Задание №2. Закончите уравнения химических реакций:
Al + H2SO4 (раствор) →
Al + CuCl2→
Al + HNO3(конц) -t→
Al + NaOH + H2O→
Задание №3. Решите задачу: На сплав алюминия и меди подействовали избытком концентрированного раствора гидроксида натрия при нагревании.
Выделилось 2,24 л газа (н.у.). Вычислите процентный состав сплава, если его общая масса была 10 г?