Свойства элементов подгруппы алюминия

 

Атомный номер	Название	Электронная конфигурация	r г/см3	t°пл. °C	t°кип. °C	ЭО	ПИ эВ	Атомный радиус, нм	Степень окисления
	Бор B	[He] 2s22p1	2,35			2,0	8,3	0,095	+3
	Алюминий Al	[Ne] 3s23p1	2,70			1,47	6,0	0,143	+3
	Галлий Ga	[Ar] 3d10 4s24p1	5,91			1,6	6,0	0,122	+3
	Индий In	[Kr] 4d10 5s2 5p1	7,30			1.7	5,8	0,162	+1,+2,+3
	Таллий Tl	[Xe]4f145d106s26p1	11,85			1,8	6,1	0,167	+1,+3

 

Физические свойства

 

1. С увеличением атомной массы усиливается металлический характер элементов (В – неметалл; остальные – металлы).

2. Бор значительно отличается по свойствам от других элементов (высокие т.пл., т.кип., твердость; инертность). Остальные элементы – легкоплавкие металлы, In и Tl - очень мягкие.

 

Химические свойства

 

1. Все элементы трехвалентны, но с повышением атомной массы приобретает значение валентность, равная единице (Tl в основном одновалентен).

2. Основность гидроксидов R(OH)₃ возрастает с увеличением атомной массы (H₃BO₃ - слабая кислота, Al(OH)₃ и Ga(OH)₃ - амфотерные основания, ln(OH)₃ и Tl(OH)₃ -типичные основания, TlOH - сильное основание).

3. Металлы подгруппы алюминия (Al, Ga, In, Tl) химически достаточно активны (реагируют с кислотами, щелочами (Al, Ga), галогенами).

4. Соли элементов подгруппы алюминия в большинстве случаев подвергаются гидролизу по катиону. Устойчивы лишь соли одновалентного таллия.

5. Al и Ga защищены тонкой оксидной пленкой; Tl разрушается при действии влажного воздуха, (хранят в керосине).

 

Алюминий

 

Al

Открыт Х.К.Эрстедом в 1825 г.

Четвертый по распространённости элемент в земной коре.

 

Физические свойства

 

Серебристо-белый металл, (r=2,7 г/см³), пластичный, высокая тепло- и электропроводность.
t°пл.= 660°C.

 

Нахождение в природе

 

Бокситы – Al₂O₃ • H₂O (с примесями SiO₂, Fe₂O₃, CaCO₃),
нефелины – KNa₃[AlSiO₄]₄,
алуниты - KAl(SO₄)₂ • 2Al(OH)₃ и
глиноземы (смеси каолинов с песком SiO₂, известняком CaCO₃, магнезитом MgCO₃).

 

Получение

 

Электролиз расплава Al₂O₃ (в присутствии криолита Na₃[AlF₆]):

 

2Al₂O₃ ® 4Al + 3O₂­

Химические свойства

 

Al – покрыт тонкой и прочной оксидной пленкой (не реагирует с простыми веществами: с H₂O (t°); O₂, HNO₃ (без нагревания)).

Al – активный металл-восстановитель.

 

Легко реагирует с простыми веществами:

 

1) С кислородом:

4Al⁰ + 3O₂ ® 2Al⁺³₂O₃

 

2) С галогенами:

2Al⁰ + 3Br₂⁰ ® 2Al⁺³Br₃

 

3) С другими неметаллами (азотом, серой, углеродом) реагирует при нагревании:

 

2Al⁰ + 3S –^t°® Al₂⁺³S₃(сульфид алюминия)

2Al⁰ + N₂ –^t°® 2Al⁺³N(нитрид алюминия)

4Al⁰ + 3С ® Al₄⁺³С₃(карбид алюминия)

 

Сульфид и карбид алюминия полностью гидролизуются:

 

Al₂S₃ + 6H₂O ® 2Al(OH)₃¯ + 3H₂S­

Al₄C₃ + 12H₂O ® 4Al(OH)₃¯+ 3CH₄­

 

Со сложными веществами:

 

4) С водой (после удаления защитной оксидной пленки):

 

2Al⁰ + 6H₂O ® 2Al⁺³(OH)₃ + 3H₂­

 

5) Со щелочами:

 

2Al⁰ + 2NaOH + 6H₂O ® 2Na[Al⁺³(OH)₄](тетрагидроксоалюминат натрия) + 3H₂­

 

6) Легко растворяется в соляной и разбавленной серной киcлотах:

 

2Al + 6HCl ® 2AlCl₃ + 3H₂­

2Al + 3H₂SO₄(разб) ® Al₂(SO₄)₃ + 3H₂­

 

При нагревании растворяется в кислотах - окислителях:

 

2Al + 6H₂SO₄(конц) ® Al₂(SO₄)₃ + 3SO₂­ + 6H₂O

Al + 6HNO₃(конц) ® Al(NO₃)₃ + 3NO₂­ + 3H₂O

 

7) Восстанавливает металлы из их оксидов (алюминотермия):

 

8Al⁰ + 3Fe₃O₄ ® 4Al₂O₃ + 9Fe

2Al + Cr₂O₃ ® Al₂O₃ + 2Cr

 

Применение

 

Основа легких и прочных сплавов. Раскислитель стали. Используется для получения ряда металлов алюминотермией.

 

Оксид алюминия

 

Al₂O₃

O=Al–O–Al=O

 

Глинозем, корунд, окрашенный – рубин (красный), сапфир (синий).

Твердое тугоплавкое (t°пл.=2050°С) вещество; существует в нескольких кристаллических модификациях (a – Al₂O₃, g – Al₂O₃).

 

Получение

 

4Al + 3O₂ ® 2Al₂O₃

2Al(OH)₃ ® Al₂O₃ + 3H₂O

Амфотерный оксид с преобладанием основных свойств; с водой не реагирует.

 

1) Реагирует с кислотами и растворами щелочей:

Как основной оксид:

Al₂O₃ + 6HCl ® 2AlCl₃ + 3H₂O

Как кислотный оксид:

Al₂O₃ + 2NaOH + 3H₂O ® 2Na[Al(OH)₄]

 

2) Сплавляется со щелочами или карбонатами щелочных металлов:

 

Al₂O₃ + Na₂CO₃ ® 2NaAlO₂(алюминат натрия) + CO₂­

Al₂O₃ + 2NaOH ® 2NaAlO₂ + H₂O­

 

Гидроксид алюминия

 

Al(OH)₃

 

Получение

 

1) Осаждением из растворов солей щелочами или гидроксидом аммония:

 

AlCl₃ + 3NaOH ® Al(OH)₃¯ + 3NaCl

Al₂(SO₄)₃ + 6NH₄OH ® 2Al(OH)₃¯ + 3(NH₄)₂SO₄

Al³⁺ + 3OH^- ® Al(OH)₃¯(белый студенистый)

 

2) Слабым подкислением растворов алюминатов:

 

Na[Al(OH)₄] + CO₂ ® Al(OH)₃¯ + NaHCO₃

Амфотерный гидроксид:

Как основание Al(OH)₃ + 3HCl ® AlCl₃ + 3H₂O

Как кислота Al(OH)₃ + NaOH ® Na[Al(OH)₄](тетрагидроксоалюминат натрия)

ПЕРЕХОДНЫЕ МЕТАЛЛЫ

 

Переходные металлы - элементы побочных подгрупп периодической системы (d- и f- элементы).

 

Общие свойства

 

1. Все переходные элементы- металлы имеют низкую электроотрицательность.

2. Все элементы проявляют переменные степени окисления. Начиная с III группы низшая степень окисления имеет основной характер, высшая – кислотный, средние – амфотерный.

3. Все элементы образуют комплексные соединения.

ПОДГРУППА ЖЕЛЕЗА