Химические свойства алюминия таблица

Алюминий (квасцы) впервые был полуен в 1825 году датчанином Г. К. Эрстедом. Изначально, до открытия промышленного способа получения, алюминий был дорооже золота.

Алюминий является самым распространенным металлом в земной коре (массовая доля составляет 7-8%), и третьим по распространенности среди всех элементов после кислорода и кремния. В свободном виде в проироде алюминий не встречается.

Важнейшие природные соединения алюминия:

Химические свойства алюминия таблица Рис. Строение атома алюминия.

Алюминий химически активный металл – на его внешнем электронном уровне находятся три электрона, которые участвуют в образовании ковалентных связей при взаимодействии алюминия с другими химическими элементами (см. Ковалентная связь). Алюминий – сильный восстановитель, во всех соединениях проявляет степень окисления +3.

При комнатной температуре алюминий вступает в реакцию с кислородом, содержащимся в атмосферном воздухе, с образованием прочной оксидной пленки, которая надежно препятствует процессу дальнейшего окисления (корродирования) металла, в результате чего химическая активность алюминия снижается.
Благодаря оксидной пленке алюминий не вступает в реакцию с азотной кислотой при комнатной температуре, поэтому, алюминиевая посуда является надежной тарой для хранения и трансопртирования азотной кислоты.
Физические свойства алюминия:

металл серебристо-белого цвета;
твердый;
прочный;
легкий;
пластичный (протягивается в тонкую проволоку и фольгу);
обладает высокой электро- и теплопроводностью;
температура плавления 660°C
природный алюминий состоит из одного изотопа 27 13Al

Химические свойства алюминия:

при снятии оксидной пленки алюминий реагирует с водой:2Al + 6H2O = 2Al(OH)3 + 3H2;
при комнатной температуре вступает в реакции с бромом и хлором с образованием солей:2Al + 3Br2 = 2AlCl3;
при высокой температуре алюминий реагирует с кислородом и серой (реакция сопровождается выделением большого кол-ва тепла): 4Al + 3O2 = 2Al2O3 + Q;2Al + 3S = Al2S3 + Q;
при t=800°C реагирует с азотом:2Al + N2 = 2AlN;
при t=2000°C реагирует с углеродом:2Al + 3C = Al4C3;
восстанавливает многие металлы из их оксидов – алюмотермией (при t до 3000°C) получают промышленным способом вольфрам, ванадий, титан, кальций, хром, железо, марганец:8Al + 3Fe3O4 = 4Al2O3 + 9Fe;
с соляной и разбавленной серной кислотой реагирует с выделением водорода: 2Al + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2;2Al + 3H2SO4 = Al2(SO4)3 + 3H2;
с концентрированной серной кислотой реагирует при высокой температуре:2Al + 6H2SO4 = Al2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O;
со щелочами реагирует с выделением водорода и образованием комплексных солей – реакция идет в несколько этапов: при погружении алюминия в раствор щелочи происходит растворение прочной защитной оксидной пленки, которая находится на поверхности металла; после растворения пленки, алюминий, как активиный металл, реагирует с водой с образованием гидроксида алюминия, который взаимодействует со щелочью, как амфотерный гидроксид:

Al2O3+2NaOH = 2NaAlO2+H2O – растворение оксидной пленки;
2Al+6H2O = 2Al(OH)3+3H2↑ – взаимодействие алюминия с водой с образованием гидроксида алюминия;
NaOH+Al(OH)3 = NaAlO2+2H2O – взаимодействие гидроксида алюминия со щелочью
2Al+2NaOH+2H2O = 2NaAlO2+3H2↑ – суммарное уравнение реакции алюминия со щелочью.

Соединения алюминия

Al2O3 (глинозем)

Оксид алюминия Al2O3 является белым, очень тугоплавким и твердым веществом (в природе тверже только алмаз, карборунд и боразон).

Свойства глинозема:

не растворяется в воде и вступает с ней в реакцию;
является амфотерным веществом, реагируя с кислотами и щелочами: Al2O3 + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2O;Al2O3 + 6NaOH + 3H2O = 2Na3[Al(OH)6];
как амфотерный оксид реагирует при сплавлении с оксидами металлов и солями, образуя алюминаты: Al2O3 + K2O = 2KAlO2.

В промышленности глинозем получают из бокситов. В лабораторных условиях глинозем можно получить сжигая алюминий в кислороде: 4Al + 3O2 = 2Al2O3.

Применение глинозема:

для получения алюминия и электротехнической керамики;
в качестве абразивного и огнеупорного материала;
в качестве катализатора в реакциях органического синтеза.

Al(OH)3

Гидроксид алюминия Al(OH)3 является белым твердым кристаллическим веществом, которое получается в результате обменной реакции из раствора гидроксида алюминия – выпадает в виде белого студенистого осадка, кристаллизующегося со временем. Это амфотерное соединение почти не растворимое в воде: Al(OH)3 + 3NaOH = Na3[Al(OH)6]; Al(OH)3 + 3HCl = AlCl3 + 3H2O.

Читать также: Самодельный лодочный мотор из шуруповерта

Гидроксид алюминия получают путем действия щелочей на растворы солей алюминия: AlCl3 + 3NaOH = Al(OH)3 + 3NaCl.

Получение и применение алюминия

Алюминий достаточно трудно выделить из природных соединений химическим способом, что объясняется высокой прочностью связей в оксиде алюминия, поэтому, для промышленного получения алюминия применяют электролиз раствора глинозема Al2O3 в расплавленном криолите Na3AlF6. В результате процесса алюминий выделяется на катоде, на аноде – кислород:

Исходным сырьем служат бокситы. Электролиз протекает при температуре 1000°C: температура плавления оксида алюминия составляет 2500°C – проводить электролиз при такой температуре не представляется возможным, поэтому оксид алюминия растворяют в расплавленном криолите, и уже затем полученный электролит используют при электролизе для получения алюминия.

Применение алюминия:

алюминиевые сплавы широко применяются в качестве конструкционных материалов в автомобиле-, самолето-, судостроении: дюралюминий, силумин, алюминиевая бронза;
в химической промышленности в качестве восстановителя;
в пищевой промышленности для изготовления фольги, посуды, упаковочного материала;
для изготовления проводов и проч.

Если вам понравился сайт, будем благодарны за его популяризацию ???? Расскажите о нас друзьям на форуме, в блоге, сообществе. Это наша кнопочка:

Код кнопки:

Алюминий – металл, содержание которого в природе самое большое среди всех известных.

Позднее начало его применения вызвано тем, что, поскольку он обладает высокой химической активностью, то находится в земной коре только в составе различных химических соединений.

Восстановление чистого металла сопряжено с рядом трудностей, преодолеть которые стало возможным только с развитием технологий добычи металлов.

Чистый алюминий – мягкий ковкий металл серебристо-белого цвета. Это один из легчайших металлов, который, к тому же, хорошо поддается разнообразной механической обработке, штамповке, прокатке, литью. На открытом воздухе практически моментально покрывается тонкой и прочной пленкой окисла, которая противодействует дальнейшему окислению.

Химические свойства алюминия таблица

Механические свойства алюминия, такие как мягкость, податливость штамповке, легкость в обработке, послужили широкому распространению во многих отраслях промышленности. Особенно часто алюминия используется в составе сплавов с другими металлами.

Физические и химические свойства сплавов алюминия послужили поводом к широкому использованию их в качестве конструкционных материалов, снижающих общий вес конструкции без ухудшения прочностных качеств.

Физические свойства

Алюминий не имеет каких-либо уникальных физических свойств, но их сочетание делает металл одним из самых широко востребованных.

Твердость чистого алюминия по шкале Мооса равняется трем, что значительно ниже, чем у большинства металлов. Данный факт является практически единственным препятствием для использования чистого металла.

Если внимательно рассмотреть таблицу физических свойств алюминия, то можно выделить такие качества, как:

Малую плотность (2.7 г/см 3 );
Высокую пластичность;
Низкое удельное электрическое сопротивление (0,027 Ом·мм 2 /м);
Высокую теплопроводность (203.5 Вт/(м·К));
Высокую светоотражательная способность;
Низкую температуру плавления (660°С).

Такие физические свойства алюминия, как высокая пластичность, низкая температура плавления, отличные литейные качества, позволяют использовать данный металл в чистом виде и в составе сплавов на его основе для производства изделий любой самой сложной конфигурации.

Вместе с этим, это один из немногих металлов, хрупкость которого не возрастает при охлаждении до сверхнизких температур. Данное свойство определило одну из областей применения в конструктивных элементах криогенной техники и аппаратуры.

Химические свойства алюминия таблица

Детали из алюминия

Существенно более высокую прочность, сравнимую с прочностью некоторых сортов стали, имеют сплавы на основе алюминия. Наибольшее распространение получили сплавы с добавлением магния, меди и марганца – дюралюминиевые сплавы и с добавлением кремния – силумины. Первая группа отличается высокой прочностью, а последняя одними из самых лучших литейных качеств.

Невысокая температура плавления снижает затраты на производство и себестоимость технологических процессов при производстве конструкционных материалов на основе алюминия и его сплавов.
Для изготовления зеркал используется такое качество, как высокий коэффициент отражения, сравнимый с показателем серебра, легкость и технологичность вакуумного напыления алюминиевых пленок на различные несущие поверхности (пластики, металл, стекло).

При плавке алюминия и выполнения литья особое внимание обращается на способность расплава поглощать водород. Не оказывая действий на химическом уровне, водород способствует уменьшению плотности и прочности за счет образования микроскопических пор при застывании расплава.

Благодаря низкой плотности и малому электрическому сопротивлению (ненамного выше меди), провода из чистого алюминия находят преимущественное применение при передаче электроэнергии в линиях электропередач, всего диапазона токов и напряжений в электротехнике, как альтернатива медным силовым и обмоточным проводам.

Сопротивление меди несколько меньше, поэтому провода из алюминия необходимо использовать большего сечения, но итоговая масса изделия и его себестоимость оказываются в несколько раз меньше. Ограничением служит только несколько меньшая прочность алюминия и высокая сопротивляемость пайке из-за пленки окислов на поверхности.

Большую роль играет наличие сильного электрохимического потенциала при контакте с таким металлом, как медь. В результате, в месте механического контакта меди и алюминия образуется прочная пленка окисла, имеющего высокое электрическое сопротивление. Это явление приводит к нагреву места соединения вплоть до расплавления проводников.

Существуют жесткие ограничения и рекомендации по применению алюминия в электротехнике.

Химические свойства алюминия таблица

Алюминий в строительстве
Высокая пластичность позволяет изготавливать тонкую фольгу, которая используется в производстве конденсаторов высокой емкости.
Легкость алюминия и его сплавов стали основополагающими при использовании в авиакосмической отрасли при изготовлении большинства элементов конструкции летательных аппаратов: от несущих конструкций, до элементов обшивки, корпусов приборов и оборудования.

Химические свойства

Являясь довольно химически активным металлом, алюминий активно сопротивляется коррозии. Это происходит благодаря образованию на его внешней поверхности очень прочной оксидной пленки под действием кислорода.

Прочная пленка оксида хорошо защищает поверхность даже от таких сильных кислот, как азотная и серная. Это качество нашло распространение в химии и промышленности для транспортировки концентрированной азотной кислоты.

Химические свойства алюминия таблица

Химические свойства алюминия

Разрушить пленку можно сильно разбавленной азотной кислотой, щелочами при нагреве или при контакте с ртутью, когда на поверхности образуется амальгама.

В перечисленных случаях оксидная пленка не является защитным фактором и алюминий активно взаимодействует с кислотами, щелочами и окислителями. Оксидная пленка также легко разрушается в присутствии галогенов (хлор, бром).

Таким образом, соляная кислота HCl, хорошо взаимодействует с алюминием при любых условиях.

Химические свойства алюминия зависят от чистоты металла. Использование состава легирующих присадок некоторых металлов, в частности марганца, позволяет увеличить прочность защитной пленки, повысив, таким образом, коррозионную устойчивость алюминия. Некоторые металлы, к примеру, никель и железо, способствуют снижению коррозионную стойкость, но повышают жароустойчивость сплавов.

Оксидная пленка на поверхности алюминиевых изделий играет отрицательную роль при проведении сварочных работ. Мгновенное окисление ванны расплавленного металла при сварке не позволяет сформировать сварочный шов, поскольку окись алюминия имеет очень высокую температуру плавления.

Для сварки алюминия используют специальные сварочные аппараты с неплавящимся электродом (вольфрам). Сам процесс ведется в среде инертного газа – аргона. При отсутствии процесса окисления сварочный шов получается прочным, монолитным.

Некоторые легирующие добавки в сплавы дополнительно улучшают сварочные свойства алюминия.

Чистый алюминий практически не образует ядовитых соединений, поэтому активно используется в пищевой промышленности при производстве кухонной посуды, упаковки пищевых продуктов, тары для напитков.

Оказывать негативное действие могут лишь некоторые неорганические соединения.

Исследованиями также установлено, что алюминий не используется в метаболизме живых существ, его роль в жизнедеятельности ничтожна.

Алюминий

Алюминий является самым распространенным металлом в земной коре. Свойства алюминия позволяют активно применять в составе металлоконструкций: он легкий, мягкий, поддается штамповке, обладает высокой антикоррозийной устойчивостью.

Для алюминия характерна высокая химическая активность, отличается также высокой электро- и теплопроводностью.
При переходе атома алюминия в возбужденное состояние 2 электрона s-подуровня распариваются, и один электрон переходит на p-подуровень.
В природе алюминий встречается в виде минералов:

Al2O3 — корунд
3BeO*Al2O3*6SiO2 — берилл (аквамарин — примесь Fe и изумруд — примесь Cr2O3)
Al2O3*Cr2O3 — красный рубин
Al2O3 с примесью Fe+2/Fe+3/Ti
Al2O3*H2O — боксит

Алюминий получают путем электролиза расплава Al2O3 в криолите (Na3[AlF6]). Галлий, индий и таллий получают схожим образом — методом электролиза их оксидов и солей.

Al2O3 → (t) Al + O2 (в расплаве криолита — Na3[AlF6])

Реакции с неметаллами

При комнатной температуре реагирует с галогенами (кроме фтора) и кислородом, покрываясь при этом оксидной пленкой.
Al + O2 → Al2O3 (снаружи Al покрыт оксидной пленкой — Al2O3)
Al + Br2 → AlBr3 (бромид алюминия)
При нагревании алюминий вступает в реакции с фтором, серой, азотом и углеродом.
Al + F2 → (t) AlF3 (фторид алюминия)
Al + S → (t) Al2S3 (сульфид алюминия)
Al + N2 → (t) AlN (нитрид алюминия)
Al + C → (t) Al4C3 (карбид алюминия)

Химические свойства алюминия таблица

Реакции с кислотами и щелочами

Алюминий проявляет амфотерные свойства (греч. ἀμφότεροι — двойственный), вступает в реакции как с кислотами, так и с основаниями.

Al + HCl → AlCl3 + H2
Al + H2SO4(разб.) → Al2(SO4)3 + H2↑
Al + H2SO4(конц.) → (t) Al2(SO4)3 + SO2↑ + H2O
Al + HNO3(разб.) → (t) Al(NO3)3 + N2O + H2O
Al + NaOH + H2O → Na[Al(OH)4] + H2↑ (тетрагидроксоалюминат натрия; поскольку алюминий дан в чистом виде — выделяется водород)
При прокаливании комплексные соли не образуются, так вода испаряется — вместо них образуются (в рамках ЕГЭ) средние соли — алюминаты (академически — сложные окиселы):
Na[Al(OH)4] → (t) NaAlO2 + H2O

Реакция с водой

При комнатной температуре не идет из-за образования оксидной пленки — Al2O3 — на воздухе. Если разрушить оксидную пленку нагреванием раствора щелочи или амальгамированием (покрытием металла слоем ртути) — реакция идет.

Al + H2O → (t) Al(OH)3 + H2↑

Химические свойства алюминия таблица

Алюминотермия

Алюминотермия (лат. Aluminium + греч. therme — тепло) — способ получения металлов и неметаллов, заключающийся в восстановлении их оксидов алюминием. Температуры при этом процессе могут достигать 2400°C.

С помощью алюминотермии получают Fe, Cr, Mn, Ca, Ti, V, W.
Fe2O3 + Al → (t) Al2O3 + Fe
Cr2O3 + Al → (t) Al2O3 + Cr
MnO2 + Al → (t) Al2O3 + Mn

Химические свойства алюминия таблица

Оксид алюминия

Оксид алюминия получают в ходе взаимодействия с кислородом — на воздухе алюминий покрывается оксидной пленкой. При нагревании гидроксид алюминия, как нерастворимое основание, легко разлагается на оксид и воду.

Al + O2 → Al2O3
Al(OH)3 → (t) Al2O3 + H2O↑
Проявляет амфотерные свойства: реагирует и с кислотами, и с основаниями.
Al2O3 + H2SO4 → Al2(SO4)3 + H2O
Al2O3 + NaOH + H2O → Na[Al(OH)4] (тетрагидроксоалюминат натрия)
Al2O3 + NaOH → (t) NaAlO2 + H2O (алюминат натрия)
Al2O3 + Na2O → (t) NaAlO2

Химические свойства алюминия таблица

Гидроксид алюминия

Гидроксид алюминия получают в ходе реакций обмена между растворимыми солями алюминия и щелочами. В результате гидролиза солей алюминия часто выпадает белый осадок — гидроксид алюминия.

AlBr3 + LiOH → Al(OH)3↓ + LiBr
Al(NO3)3 + K2CO3 → KNO3 + Al(OH)3↓ + CO2 (двойной гидролиз: Al(NO3)3 гидролизуется по катиону, K2CO3 — по аниону)
Al2S3 + H2O → Al(OH)3↓ + H2S↑

Проявляет амфотерные свойства. Реагирует и с кислотами, и с основаниями. Вследствие нерастворимости гидроксид алюминия не реагирует с солями.

Al(OH)3 + H2SO4 → Al2(SO4)3 + H2O

Al(OH)3 + LiOH → Li[Al(OH)4] (при избытке щелочи будет верным написание — Li3[Al(OH)6] — гексагидроксоалюминат лития)

Химические свойства алюминия таблица

Алюминий – общая характеристика элемента, химические свойства

Алюми́ний — элемент главной подгруппы III группы, третьего периода, с атомным номером 13. Алюминий – р-элемент. На внешнем энергетическом уровне атома алюминия содержится 3 электрона, которые имеют электронную конфигурацию 3s 2 3p 1 . Алюминий проявляет степень окисления +3.

Относится к группе лёгких металлов. Наиболее распространённый металл и третий по распространённости химический элемент в земной коре (после кислорода и кремния).

Простое вещество алюминий— лёгкий, парамагнитный металл серебристо-белого цвета, легко поддающийся формовке, литью, механической обработке. Алюминий обладает высокой тепло- и электропроводностью, стойкостью к коррозии за счёт быстрого образования прочных оксидных плёнок, защищающих поверхность от дальнейшего взаимодействия.

Химические свойства алюминия

При нормальных условиях алюминий покрыт тонкой и прочной оксидной плёнкой и потому не реагирует с классическими окислителями: с H 2 O (t°);O 2 , HNO 3 (без нагревания). Благодаря этому алюминий практически не подвержен коррозии и потому широко востребован современной промышленностью. При разрушении оксидной плёнки алюминий выступает как активный металл-восстановитель.

1. Алюминий легко реагирует с простыми веществами-неметаллами:

4Al + 3O 2 = 2Al 2 O 3
2Al + 3Cl 2 = 2AlCl 3 ,
2Al + 3 Br 2 = 2AlBr 3
2Al + N 2 = 2AlN
2Al + 3S = Al 2 S 3
4Al + 3С = Al 4 С 3
Сульфид и карбид алюминия полностью гидролизуются:
Al 2 S 3 + 6H 2 O = 2Al(OH) 3 + 3H 2 S
Al 4 C 3 + 12H 2 O = 4Al(OH) 3 + 3CH 4

2. Алюминий реагирует с водой

(после удаления защитной оксидной пленки):

2Al + 6H 2 O = 2Al(OH) 3 + 3H 2

3. Алюминий вступает в реакцию со щелочами

2Al + 2NaOH + 6H 2 O = 2Na[Al(OH) 4 ] + 3H 2
2(NaOH•H 2 O) + 2Al = 2NaAlO 2 + 3H 2
Сначала растворяется защитная оксидная пленка: Al 2 О 3 + 2NaOH + 3H 2 O = 2Na[Al(OH) 4 ].
Затем протекают реакции: 2Al + 6H 2 O = 2Al(OH) 3 + 3H 2 , NaOH + Al(OH) 3 = Na[Al(OH) 4 ],
или суммарно: 2Al + 6H 2 O + 2NaOH = Na[Al(OH) 4 ] + 3Н 2 ,
и в результате образуются алюминаты: Na[Al(OH) 4 ] — тетрагидроксоалюминат натрия Так как для атома алюминия в этих соединениях характерно координационное число 6, а не 4, то действительная формула тетрагидроксосоединений следующая: Na[Al(OH) 4 (Н 2 О) 2 ]

4. Алюминий легко растворяется в соляной и разбавленной серной кислотах:

2Al + 6HCl = 2AlCl 3 + 3H 2
2Al + 3H 2 SO 4 (разб) = Al 2 (SO 4 ) 3 + 3H 2
При нагревании растворяется в кислотах — окислителях , образующих растворимые соли алюминия:
8Al + 15H 2 SO 4 (конц) = 4Al 2 (SO 4 ) 3 + 3H 2 S + 12H 2 O
Al + 6HNO 3 (конц) = Al(NO 3 ) 3 + 3NO 2 + 3H 2 O

5. Алюминий восстанавливает металлы из их оксидов (алюминотермия):

8Al + 3Fe 3 O 4 = 4Al 2 O 3 + 9Fe
2Al + Cr 2 O 3 = Al 2 O 3 + 2Cr

2.2.3. Характерные химические свойства алюминия

Алюминий — амфотерный металл. Электронная конфигурация атома алюминия 1s22s22p63s23p1. Таким образом, на внешнем электронном слое у него находятся три валентных электрона: 2 — на 3s- и 1 — на 3p-подуровне.

В связи с таким строением для него характерны реакции, в результате которых атом алюминия теряет три электрона с внешнего уровня и приобретает степень окисления +3.

Алюминий является высокоактивным металлом и проявляет очень сильные восстановительные свойства.

Взаимодействие алюминия с простыми веществами

с кислородом

При контакте абсолютно чистого алюминия с воздухом атомы алюминия, находящиеся в поверхностном слое, мгновенно взаимодействуют с кислородом воздуха и образуют тончайшую, толщиной в несколько десятков атомарных слоев, прочную оксидную пленку состава Al2O3, которая защищает алюминий от дальнейшего окисления. Невозможно и окисление крупных образцов алюминия даже при очень высоких температурах. Тем не менее, мелкодисперсный порошок алюминия довольно легко сгорает в пламени горелки:

4Аl + 3О2 = 2Аl2О3

с галогенами

Алюминий очень энергично реагирует со всеми галогенами. Так, реакция между перемешанными порошками алюминия и йода протекает уже при комнатной температуре после добавления капли воды в качестве катализатора. Уравнение взаимодействия йода с алюминием:

2Al + 3I2 =2AlI3
С бромом, представляющим собой тёмно-бурую жидкость, алюминий также реагирует без нагревания. Образец алюминия достаточно просто внести в жидкий бром: тут же начинается бурная реакция с выделением большого количества тепла и света:
2Al + 3Br2 = 2AlBr3
Реакция между алюминием и хлором протекает при внесении нагретой алюминиевой фольги или мелкодисперсного порошка алюминия в заполненную хлором колбу. Алюминий эффектно сгорает в хлоре в соответствии с уравнением:
2Al + 3Cl2 = 2AlCl3

с серой

При нагревании до 150-200 оС или после поджигания смеси порошкообразных алюминия и серы между ними начинается интенсивная экзотермическая реакция с выделением света:

— сульфид алюминия

с азотом

При взаимодействии алюминия с азотом при температуре около 800 oC образуется нитрид алюминия:

с углеродом

При температуре около 2000oC алюминий взаимодействует с углеродом и образует карбид (метанид) алюминия, содержащий углерод в степени окисления -4, как в метане.

Взаимодействие алюминия со сложными веществами

с водой

Как уже было сказано выше, стойкая и прочная оксидная пленка из Al2O3 не дает алюминию окисляться на воздухе. Эта же защитная оксидная пленка делает алюминий инертным и по отношению к воде.

При снятии защитной оксидной пленки с поверхности такими методами, как обработка водными растворами щелочи, хлорида аммония или солей ртути (амальгирование), алюминий начинает энергично реагировать с водой с образованием гидроксида алюминия и газообразного водорода:

2Al + 6H2O = 2Al(OH)3 + 3H2↑

с оксидами металлов

После поджигания смеси алюминия с оксидами менее активных металлов (правее алюминия в ряду активности) начинается крайне бурная сильно-экзотермическая реакция. Так, в случае взаимодействия алюминия с оксидом железа (III) развивается температура 2500-3000оС. В результате этой реакции образуется высокочистое расплавленное железо:

2AI + Fe2O3 = 2Fe + Аl2О3

Данный метод получения металлов из их оксидов путем восстановления алюминием называется алюмотермией или алюминотермией.

с кислотами-неокислителями

Взаимодействие алюминия с кислотами-неокислителями, т.е. практически всеми кислотами, кроме концентрированной серной и азотной кислот, приводит к образованию соли алюминия соответствующей кислоты и газообразного водорода:

а) 2Аl + 3Н2SO4(разб.) = Аl2(SO4)3 + 3H2↑
2Аl0 + 6Н+ = 2Аl3+ + 3H20;
б) 2AI + 6HCl = 2AICl3 + 3H2↑

с кислотами-окислителями

-концентрированной серной кислотой

Взаимодействие алюминия с концентрированной серной кислотой в обычных условиях, а также низких температурах не происходит вследствие эффекта, называемого пассивацией. При нагревании реакция возможна и приводит к образованию сульфата алюминия, воды и сероводорода, который образуется в результате восстановления серы, входящей в состав серной кислоты:

Такое глубокое восстановление серы со степени окисления +6 (в H2SO4) до степени окисления -2 (в H2S) происходит благодаря очень высокой восстановительной способности алюминия.

— концентрированной азотной кислотой

— разбавленной азотной кислотой

Взаимодействие алюминия с разбавленной по сравнению с концентрированной азотной кислотой приводит к продуктам более глубокого восстановления азота. Вместо NO в зависимости от степени разбавления могут образовываться N2O и NH4NO3:
8Al + 30HNO3(разб.) = 8Al(NO3)3 +3N2O↑ + 15H2O
8Al + 30HNO3(оч. разб) = 8Al(NO3)3 + 3NH4NO3 + 9H2O

со щелочами

Алюминий реагирует как с водными растворами щелочей:
2Al + 2NaOH + 6H2O = 2Na[Al(OH)4] + 3H2↑
так и с чистыми щелочами при сплавлении:

В обоих случаях реакция начинается с растворения защитной пленки оксида алюминия:
Аl2О3 + 2NaOH + 3H2O = 2Na[Al(OH)4]
Аl2О3 + 2NaOH = 2NaAlO2 + Н2О
В случае водного раствора алюминий, очищенный от защитной оксидной пленки, начинает реагировать с водой по уравнению:
2Al + 6H2O = 2Al(OH)3 + 3H2↑
Образующийся гидроксид алюминия, будучи амфотерным, реагирует с водным раствором гидроксида натрия с образованием растворимого тетрагидроксоалюмината натрия:
Al(OH)3 + NaOH = Na[Al(OH)4]

Физические и химические свойства алюминия

Атомная масса – 27 а.е.м. Электронная конфигурация внешнего энергетического уровня – 3s23p1. В своих соединениях алюминий проявляет степень окисления равную «+3».

Химические свойства алюминия

Алюминий в реакциях проявляет восстановительные свойства. Поскольку при пребывании на воздухе на его поверхности образуется оксидная пленка, устойчив к взаимодействию с другими веществами.

Например, алюминий пассивируется в воде, концентрированной азотной кислоте и растворе дихромата калия. Однако, после удаления с его поверхности оксидной пленки способен взаимодействовать с простыми веществами.

Большинство реакций протекает при нагревании:

2Alpowder +3/2O2 = Al2O3;
2Al + 3F2 = 2AlF3 (t);
2Alpowder + 3Hal2 = 2AlHal3 (t = 25C);
2Al + N2 = 2AlN (t);
2Al +3S = Al2S3 (t);
4Al + 3Cgraphite = Al4C3 (t);
4Al + P4 = 4AlP (t, в атмосфере Н2).
Также, алюминий после удаления с его поверхности оксидной пленки способен взаимодействовать с водой с образованием гидроксида:
2Al + 6H2O = 2Al(OH)3 +3H2↑.
Алюминий проявляет амфотерные свойства, поэтому он способен растворяться в разбавленных растворах кислот и щелочах:
2Al + 3H2SO4(dilute) = Al2(SO4)3 + 3H2↑;
2Al + 6HCldilute = 2AlCl3 + 3 H2↑;
8Al + 30HNO3(dilute) = 8Al(NO3)3 + 3N2O↑ + 15H2O;
2Al +2NaOH +3H2O = 2Na[Al(OH)4] + 3H2↑;
2Al + 2(NaOH×H2O) = 2NaAlO2 + 3 H2↑.
Алюмиотермия – способ получения металлов из их оксидов, основанный на восстановлении этих металлов алюминием:
8Al + 3Fe3O4 = 4Al2O3 + 9Fe;
2Al + Cr2O3 = Al2O3 +2Cr.

Физические свойства алюминия

Алюминий представляет собой серебристо-белого цвета. Основные физические свойства алюминия – легкость, высокая тепло- и электропроводность. В свободном состоянии при пребывании на воздухе алюминий покрывается прочной пленкой оксида Al2O3, которая делает его устойчивым к действию концентрированных кислот. Температура плавления – 660,37С, кипения – 2500С.

Получение и применение алюминия

Алюминий получают электролизом расплава оксида этого элемента:

2Al2O3 = 4Al + 3O2↑

Однако из-за небольшого выхода продукта, чаще используют способ получения алюминия электролизом смеси Na3[AlF6] и Al2O3. Реакция протекает при нагревании до 960С и в присутствии катализаторов – фторидов (AlF3, CaF2 и др.), при этом на выделение алюминия происходит на катоде, а на аноде выделяется кислород.

Алюминий нашел широкое применение в промышленности, так, сплавы на основе алюминия – основные конструкционные материалы в самолето- и судостроении.

Примеры решения задач

Понравился сайт? Расскажи друзьям!

Абросимова Елена Владимировна учитель химии и биологии — Алюминий. Строение атома алюминия. Физические и химические свойства простого вещества

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.

https://www.youtube.com/watch?v=c_r0QtsYfF0\u0026t=34s

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
Al0 – 3 e- → Al+3 Алюминий проявляет в соединениях степень окисления +3:
2. Физические свойства алюминия

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.

3. Нахождение в природе

По распространённости в природе занимает 1-е среди металлов и 3-е место среди элементов, уступая только кислороду и кремнию. Процент содержания алюминия в земной коре по данным различных исследователей составляет от 7,45 до 8,14 % от массы земной коры.

В природе алюминий встречается только в соединениях (минералах).
Некоторые из них:
Бокситы Al2O3 • H2O (с примесями SiO2, Fe2O3, CaCO3); Нефелины — Na3[AlSiO4]4; Алуниты — KAl(SO4)2 • 2Al(OH)3; Глинозёмы (смеси каолинов с песком SiO2, известняком CaCO3, магнезитом MgCO3); Корунд — Al2O3; Полевой шпат (ортоклаз) — K2O•Al2O3•6SiO2; Каолинит — Al2O3•2SiO2 • 2H2O; Алунит — (Na,K)2SO4•Al2(SO4)3•4Al(OH)3; Берилл — 3ВеО • Al2О3 • 6SiO2
4. Химические свойства алюминия и его соединений
Алюминий легко взаимодействует с кислородом при обычных условиях и покрыт оксидной пленкой (она придает матовый вид).
ДЕМОНСТРАЦИЯ ОКСИДНОЙ ПЛЁНКИ

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 со ртутью – амальгамы).

I. Взаимодействие с простыми веществами — неметаллами

Алюминий уже при комнатной температуре активно реагирует со всеми галогенами, образуя галогениды.
при нагревании он взаимодействует с серой (200 °С) 2Аl + 3S = Аl2S3 (сульфид алюминия),
азотом (800 °С) 2Аl + N2 = 2АlN (нитрид алюминия),
фосфором (500 °С) Аl + Р = АlР (фосфид алюминия)
углеродом (2000 °С) 4Аl + 3С = Аl4С3 (карбид алюминия)
с йодом в присутствии катализатора — воды (видео) 2Аl + 3I2 = 2 AlI3 (йодид алюминия)

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.
горение алюминия на воздухе (видео)
Взаимодействие алюминия с кислорродом (опыт)
II. Взаимодействие алюминия со сложными веществами

2Al + 6H2O = 2 Al(OH)3 + 3H2 без оксидной пленки!!

Опыт (видео)

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 + 8Al = 4Al2O3 + 9Fe +Q
Термитная смесь Fe3O4 и Al (порошок) –используется ещё и в термитной сварке.
Сr2О3 + 2Аl = 2Сr + Аl2О3

Взаимодействие с кислотами, например с раствором серной кислоты с образованием соли и водорода:

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 алюминия с щелочами (видео).

2Al + 2NaOH + 6H2O = 2 Na[Al(OH)4] + 3H2
Na[Аl(ОН)4] – тетрагидроксоалюминат натрия
По предложению химика Горбова, в русско-японскую войну эту реакцию использовали для получения водорода для аэростатов.

Взаимодействие алюминия 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.
Обнаружение ионов алюминия в растворах (видео):
5. Применение алюминия и его соединений: РИСУНОК 1 и РИСУНОК 2

Физические и химические свойства алюминия обусловили его широкое применение в технике. Крупным потребителем алюминия является авиационная промышленность: самолет на 2/3 состоит из алюминия и его сплавов.

Самолет из стали оказался бы слишком тяжелым и смог бы нести гораздо меньше пассажиров. Поэтому алюминий называют крылатым металлом.

Из алюминия изготовляют кабели и провода: при одинаковой электрической проводимости их масса в 2 раза меньше, чем соответствующих изделий из меди.

Учитывая коррозионную устойчивость алюминия, из него изготовляют детали аппаратов и тару для азотной кислоты. Порошок алюминия является основой при изготовлении серебристой краски для защиты железных изделий от коррозии, а также для отражения тепловых лучей такой краской покрывают нефтехранилища, костюмы пожарных.

Оксид алюминия используется для получения алюминия, а также как огнеупорный материал.

Гидроксид алюминия – основной компонент всем известных лекарств маалокса, альмагеля, которые понижают кислотность желудочного сока.

Соли алюминия сильно гидролизуются. Данное свойство применяют в процессе очистки воды. В очищаемую воду вводят сульфат алюминия и небольшое количество гашеной извести для нейтрализации образующейся кислоты. В результате выделяется объемный осадок гидроксида алюминия, который, оседая, уносит с собой взвешенные частицы мути и бактерии.

Таким образом, сульфат алюминия является коагулянтом.

6. Получение алюминия

1) Современный рентабельный способ получения алюминия был изобретен американцем Холлом и французом Эру в 1886 году. Он заключается в электролизе раствора оксида алюминия в расплавленном криолите.

Расплавленный криолит Na3AlF6 растворяет Al2O3, как вода растворяет сахар.

Электролиз “раствора” оксида алюминия в расплавленном криолите происходит так, как если бы криолит был только растворителем, а оксид алюминия — электролитом.

2Al2O3 эл.ток→ 4Al + 3O2

В английской “Энциклопедии для мальчиков и девочек” статья об алюминии начинается следующими словами: “23 февраля 1886 года в истории цивилизации начался новый металлический век — век алюминия.

В этот день Чарльз Холл, 22-летний химик, явился в лабораторию своего первого учителя с дюжиной маленьких шариков серебристо-белого алюминия в руке и с новостью, что он нашел способ изготовлять этот металл дешево и в больших количествах”.

Так Холл сделался основоположником американской алюминиевой промышленности и англосаксонским национальным героем, как человек, сделавшим из науки великолепный бизнес.

2) 2Al2O3 + 3 C = 4 Al + 3 CO2

ЭТО ИНТЕРЕСНО:

- Металлический алюминий первым выделил в 1825 году датский физик Ханс Кристиан Эрстед. Пропустив газообразный хлор через слой раскаленного оксида алюминия, смешанного с углем, Эрстед выделил хлорид алюминия без малейших следов влаги. Чтобы восстановить металлический алюминий, Эрстеду понадобилось обработать хлорид алюминия амальгамой калия. Через 2 года немецкий химик Фридрих Вёллер. Усовершенствовал метод, заменив амальгаму калия чистым калием.
- В 18-19 веках алюминий был главным ювелирным металлом. В 1889 году Д.И.Менделеев в Лондоне за заслуги в развитии химии был награжден ценным подарком – весами, сделанными из золота и алюминия.
- К 1855 году французский ученый Сен- Клер Девиль разработал способ получения металлического алюминия в технических масштабах. Но способ был очень дорогостоящий. Девиль пользовался особым покровительством Наполеона III, императора Франции. В знак своей преданности и благодарности Девиль изготовил для сына Наполеона, новорожденного принца, изящно гравированную погремушку – первое «изделие ширпотреба» из алюминия. Наполеон намеревался даже снарядить своих гвардейцев алюминиевыми кирасами, но цена оказалась непомерно высокой. В то время 1 кг алюминия стоил 1000 марок, т.е. в 5 раз дороже серебра. Только после изобретения электролитического процесса алюминий по своей стоимости сравнялся с обычными металлами.
- А знаете ли вы, что алюминий, поступая в организм человека, вызывает расстройство нервной системы. При его избытке нарушается обмен веществ. А защитными средствами является витамин С, соединения кальция, цинка.
- При сгорании алюминия в кислороде и фторе выделяется много тепла. Поэтому его используют как присадку к ракетному топливу. Ракета «Сатурн» сжигает за время полёта 36 тонн алюминиевого порошка. Идея использования металлов в качестве компонента ракетного топлива впервые высказал Ф. А. Цандер.

ТРЕНАЖЁРЫ

Тренажёр №1 — Характеристика алюминия по положению в Периодической системе элементов Д. И. Менделеева

Тренажёр №2 — Уравнения реакций алюминия с простыми и сложными веществами
Тренажёр №3 — Химические свойства алюминия
ЗАДАНИЯ ДЛЯ ЗАКРЕПЛЕНИЯ

№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?