Алюминий. Характеристика алюминия на основании положения в Периодической системе элементов Д.И. Менделеева и строения атома. Получение, физические и химические свойства алюминия. Важнейшие соединения алюминия, их свойства, значение и применение. Природные соединения алюминия.
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 промежуточного характера и его соединения являются амфотерными.
Al +13)2)8)3, p – элемент,
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. В природе алюминий встречается только в соединениях (минералах).
Некоторые из них:
· Бокситы — Al2O3 • H2O (с примесями SiO2, Fe2O3, CaCO3)
· Нефелины — KNa3[AlSiO4]4
· Алуниты — KAl(SO4)2 • 2Al(OH)3
· Глинозёмы (смеси каолинов с песком SiO2, известняком CaCO3, магнезитом MgCO3)
· Корунд — Al2O3
Алюминий легко взаимодействует с кислородом при обычных условиях и покрыт оксидной пленкой. 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).
Получение алюминия
Электролиз:
2Al2O3 эл.ток→ 4Al + 3O2
Восстановление металла из оксида:
2) 2Al2O3 + 3 C = 4 Al + 3 CO2
I. Взаимодействие с простыми веществами
Алюминий уже при комнатной температуре активно реагирует со всеми галогенами, образуя галогениды.
2Аl + 3S = Аl2S3 (сульфид алюминия),
4Аl + 3С = Аl4С3 (карбид алюминия).
4Аl + 3O2 = 2Аl2О3 + 1676 кДж.
Гидролиз:
Al2S3 + 6H2O = 2Al(OH)3 + 3H2S
Al4C3 + 12H2O = 4Al(OH)3+ 3CH4
II. Взаимодействие со сложными веществами
С водой:
2 Al + 6 H2O = 2 Al (OH)3 + 3 H2 (без оксидной пленки)
Взаимодействие с оксидами металлов (алюмотермия)
Такая реакция 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
С растворами солей:
2Al + 3CuSO4 = Al2(SO4)3 + 3Cu
Применение алюминия и его соединений
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. 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 сок.
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.
