Хімія алюмінію. Найважливіші сполуки алюмінію Хімічна формула гідроксиду алюмінію

Неорганічна речовина, луг алюмінію, формула Al(OH) 3 . Зустрічається у природі, входить до складу бокситів.

Властивості

Існує у чотирьох кристалічних модифікаціях та у вигляді колоїдного розчину, гелеподібної речовини. Реактив майже не водорозчинний. Чи не горить, не вибухає, не отруйний.

У твердому вигляді - дрібнокристалічний пухкий порошок, білий або прозорий, іноді з легким сірим або рожевим відтінком. Гелеподібний гідроксид також білий.

Хімічні властивості у твердої та гелеподібної модифікації відрізняються. Тверда речовина є досить інертною, не вступає в реакції з кислотами, лугами, іншими елементами, але може утворювати метаалюмінати в результаті сплавлення з твердими лугами або карбонатами.

Гелеподібна речовина виявляє амфотерні властивості, тобто реагує і з кислотами, і з лугами. У реакції з кислотами утворюються солі алюмінію відповідної кислоти, з лугами – солі іншого типу, алюмінати. Не входить у реакції з розчином аміаку.

При нагріванні гідроксид розкладається на оксид та воду.

Запобіжні заходи

Реактив відноситься до четвертого класу небезпеки, вважається пожежобезпечним та практично безпечним для людини та навколишнього середовища. Обережність потрібно виявляти тільки з аерозольними частинками в повітрі: пил впливає на органи дихання, шкіру, слизові оболонки.

Тому на робочих місцях, де можливе утворення великої кількості пилу гідроксиду алюмінію, співробітники повинні використовувати засоби захисту органів дихання, очей і шкіри. Слід налагодити контроль вмісту повітря робочої зони шкідливих речовин за методикою, затвердженої ГОСТом.

Приміщення має бути обладнане припливно-витяжною вентиляцією, а за потреби - місцевими аспіраційними відсмоктувачами.

Зберігають твердий гідроксид алюмінію в багатошарових паперових мішках або іншій тарі для сипучих продуктів.

Застосування

У промисловості реактив використовується для отримання чистого алюмінію та похідних алюмінію, наприклад, оксиду алюмінію, сірчанокислого та фтористого алюмінію .
- Оксид алюмінію, що отримується з гідроксиду, застосовується для отримання штучних рубінів для потреб лазерної техніки, корундів - для сушіння повітря, очищення мінеральних масел, для виробництва наждака.
- У медицині використовується як обволікаючий засіб та антацид тривалої дії для нормалізації кислотно-лужного балансу ШКТ людини, для лікування виразкової хвороби шлунка та дванадцятипалої кишки, гастро-езофагеального рефлюксу та деяких інших захворювань.
– У фармакології входить до складу вакцин для посилення імунної реакції організму на вплив введеної інфекції.
- У водоочищенні - як адсорбент, що допомагає видаляти з води різні забруднення. Гідроксид активно вступає у реакції з речовинами, які потрібно видалити, утворюючи нерозчинні сполуки.
- У хімпромі використовується як екологічний антипірен для полімерів, силіконів, каучуків, лакофарбових матеріалів – щоб погіршити їхню горючість, здатність до займання, придушити виділення диму та токсичних газів.
- у виробництві зубної пасти, мінеральних добрив, паперу, барвників, кріоліту.

Однією з найбільш широко використовуваних у промисловості речовин є гідроксид алюмінію. У цій статті про нього і йтиметься.

Що таке гідроксид?

Це хімічна сполука, яка утворюється під час взаємодії оксиду з водою. Існує три їх різновиди: кислотні, основні та амфотерні. Перші та другі поділяються на групи залежно від їхньої хімічної активності, властивостей та формули.

Що таке амфотерні речовини?

Амфотерними можуть бути оксиди та гідроксиди. Це такі речовини, для яких характерно виявляти як кислотні, так і основні властивості, залежно від умов реакції, що використовуються реагентів і т. д. . Останній, до речі, найчастіше отримують із його гідроксиду. До амфотерних гідроксидів можна віднести гідроксид берилію, заліза, а також гідроксид алюмінію, який ми сьогодні і розглянемо в нашій статті.

Фізичні властивості гідроксиду алюмінію

Дана хімічна сполука є твердою білою речовиною. Воно не розчиняється у воді.

Гідроксид алюмінію – хімічні властивості

Як було зазначено вище, це найяскравіший представник групи амфотерних гідроксидів. Залежно та умовами реакції, може проявляти як основні, і кислотні властивості. Дана речовина здатна розчинятися в кислотах, при цьому утворюється сіль та вода.

Наприклад, якщо змішати його з хлорною кислотою в рівній кількості, отримаємо алюміній хлорид з водою також в однакових пропорціях. Також ще одна речовина, з якою реагує гідроксид алюмінію, - гідроксид натрію. Це типовий основний гідроксид. Якщо змішати в рівних кількостях речовина, що розглядається, і розчин гідроксиду натрію, то отримаємо з'єднання під назвою тетрагідроксоалюмінат натрію. У його хімічній структурі міститься атом натрію, атом алюмінію, по чотири атоми оксигену та гідрогену. Однак при сплавленні цих речовин реакція йде дещо по-іншому, і утворюється вже не ця сполука. В результаті даного процесу можна отримати метаалюмінат натрію (в його формулу входять по одному атому натрію і алюмінію і два атоми оксигену) з водою в рівних пропорціях, за умови, якщо змішати однакову кількість сухих гідроксидів натрію і алюмінію і вплинути на них високою температурою. Якщо ж змішати його з гідроксидом натрію в інших пропорціях, можна отримати гексагідроксоалюмінат натрію, який містить три атоми натрію, один атом алюмінію та по шість оксигену та гідрогену. Для того щоб утворилася дана речовина, потрібно змішати речовину, що розглядається, і розчин гідроксиду натрію в пропорціях 1:3 відповідно. За описаним вище принципом можна отримати сполуки під назвою тетрагідроксоалюмінат калію та гексагідроксоалюмінат калію. Також розглядається речовина схильне до розкладання при впливі на нього дуже високих температур. Внаслідок такого роду хімічної реакції утворюється оксид алюмінію, який також має амфотерність, і вода. Якщо взяти 200 г гідроксиду та нагріти його, то отримаємо 50 г оксиду та 150 г води. Крім своєрідних хімічних властивостей, ця речовина виявляє також і звичайні для всіх гідроксидів властивості. Воно вступає у взаємодію Космосу з солями металів, які мають нижчу хімічну активність, ніж алюміній. Для прикладу можна розглянути реакцію між ним та хлоридом міді, для якої потрібно взяти їх у співвідношенні 2:3. При цьому виділиться водорозчинний хлорид алюмінію та осад у вигляді гідроксиду купруму у пропорціях 2:3. Також аналізована речовина реагує і з оксидами подібних металів, наприклад можна взяти з'єднання тієї ж міді. Для проведення реакції знадобиться гідроксид алюмінію та оксид купруму у співвідношенні 2:3, в результаті чого отримаємо алюміній оксид та гідроксид міді. Властивості, описані вище, також мають інші амфотерні гідроксиди, такі як гідроксид заліза або берилію.

Що таке гідроксид натрію?

Як бачимо вище, існує багато варіантів хімічних реакцій гідроксиду алюмінію з гідроксидом натрію. Що це за речовина? Це типовий основний гідроксид, тобто хімічно активна, розчинна у воді основа. Він має всі хімічні властивості, які характерні для основних гідроксидів.

Тобто він може розчинятися в кислотах, наприклад, при змішуванні гідроксиду натрій з хлорною кислотою в рівних кількостях можна отримати харчову сіль (хлорид натрію) і воду в пропорції 1:1. Також даний гідроксид вступає в реакції з солями металів, які мають нижчу хімічну активність, ніж натрій, та їх оксиди. У першому випадку відбувається стандартна реакція обміну. При додаванні до нього, наприклад, хлориду срібла, утворюється хлорид натрію і гідроксид срібла, який випадає в осад (реакція обміну здійсненна лише у випадку, якщо одна з речовин, отриманих в її результаті, буде осадом, газом або водою). При додаванні до натрій гідроксиду, наприклад, оксиду цинку, отримуємо гідроксид останнього та воду. Однак набагато специфічнішими є реакції даного гідроксиду AlOH, які були описані вище.

Отримання AlOH

Коли ми вже розглянули основні його хімічні властивості, можна поговорити про те, як його видобувають. Основний спосіб отримання даної речовини - проведення хімічної реакції між сіллю алюмінію і гідроксидом натрій (може використовуватися і калій гідроксид).

При такій реакції утворюється сам AlOH, що випадає в білий осад, а також нова сіль. Наприклад, якщо взяти алюміній хлорид і додати до нього втричі більше гідроксиду калію, то отриманими речовинами будуть розглядатися в статті хімічна сполука і втричі більше хлориду калію. Також існує метод отримання AlOH, який передбачає проведення хімічної реакції між розчином солі алюмінію та карбонатом основного металу, наприклад візьмемо натрій. Для отримання гідроксиду алюмінію, кухонної солі та вуглекислого газу у пропорціях 2:6:3 необхідно змішати хлорид алюмінію, карбонат натрію (соду) та воду у співвідношенні 2:3:3.

Де використовується алюміній гідроксид?

Гідроксид алюмінію знаходить своє застосування у медицині.

Завдяки його здатності нейтралізувати кислоти, препарати з його вмістом рекомендуються при печії. Також його виписують при виразках, гострих та хронічних запальних процесах кишечника. Крім того, гідроксид алюмінію використовують у виготовленні еластомерів. Також він широко застосовується в хімічній промисловості для синтезу оксиду алюмінію, алюмінату натрію — ці процеси були розглянуті вище. Крім того, її часто використовують під час очищення води від забруднень. Також ця речовина широко застосовується у виготовленні косметичних засобів.

Де застосовуються речовини, які можна одержати за його допомогою?

Оксид алюмінію, який може бути отриманий внаслідок термічного розкладання гідроксиду, використовується при виготовленні кераміки, застосовується як каталізатор для проведення різноманітних хімічних реакцій. Тетрагідроксоалюмінат натрію знаходить своє використання у технології фарбування тканин.

Зовнішній вигляд речовини гідроксид алюмінію є наступним. Як правило, це речовина білого, драгневидного вигляду, хоча зустрічаються варіанти присутності в кристалічному або аморфному стані. Наприклад, у висушеному вигляді воно кристалізується у білі кристали, які не розчиняються ні в кислотах, ні в лугах.

Гідроокис алюмінію може бути представлений і дрібнокристалічним порошком білого кольору. Допустимо присутність рожевого та сірого відтінків.

Хімічна формула сполуки - Al(OH)3. З'єднання та води утворюють гідроксид якого також визначаються багато в чому елементами, що входять до його складу. Отримують цю сполуку за допомогою реакції взаємодії солі алюмінію і розбавленої лугу, при цьому слід не допускати їх надлишку. Отриманий у ході цієї реакції осад гідроксиду алюмінію потім може взаємодіяти з кислотами.

Гідроокис алюмінію взаємодіє з водним розчином гідрооксиду рубідії, сплавом цієї речовини, гідроксидом цезію, карбонатом цезію. У всіх випадках виділяється вода.

Гідроокис алюмінію має рівну 78,00, практично не розчиняється у воді. Щільність речовини становить 3,97 г/см3. Будучи амфотерною речовиною, гідроксид алюмінію взаємодіє з кислотами, при цьому в результаті реакцій виходять середні солі і виділяється вода. При вступі до реакції з лугами з'являються комплексні солі - гідроксоалюмінати, наприклад, К. Метаалюмінати утворюються, якщо гідроксид алюмінію сплавляти з безводними лугами.

Як і всі амфотерні речовини, кислотні та основні властивості одночасно гідроокис алюмінію показує при взаємодії з лугами. У цих реакціях при розчиненні гідроксиду в кислотах відбувається відщеплення іонів самого гідроксиду, а при взаємодії з лугом відщеплюється іон водню. Щоб побачити це, можна, наприклад, провести реакцію, в якій беруть участь гідроксид алюмінію, Для її проведення необхідно в пробірку засипати трохи тирси алюмінію та залити невеликою кількістю гідроксиду натрію, не більше 3 мілілітрів. Пробірку слід щільно закрити пробкою і почати повільний підігрів. Після цього, закріпивши пробірку на штативі, треба зібрати виділений водень в іншу пробірку, попередньо вдягнувши її на капілярне пристосування. Приблизно за хвилину пробірку слід зняти з капіляра і піднести до полум'я. Якщо в пробірці зібраний чистий водень - горіння відбуватиметься спокійно, у тому випадку, якщо в неї потрапило повітря - відбудеться бавовна.

Отримують гідроксид алюмінію в лабораторіях декількома способами:

Шляхом реакції взаємодії солей алюмінію та лужних розчинів;

Спосіб розкладання нітриду алюмінію під впливом води;

Шляхом пропускання вуглецю через спеціальний гідрокомплекс, що містить Al(OH)4;

Вплив гідрату аміаку на солі алюмінію.

Промислове отримання пов'язані з переробкою бокситів. Використовуються також технології на алюмінієві розчини карбонатами.

Застосовується гідроокис алюмінію у виготовленні мінеральних добрив, кріоліту, різних медичних та фармакологічних препаратів. У хімічному виробництві речовину використовують для отримання фтористого та сірчистого алюмінію. Незамінне з'єднання при виробництві паперу, пластмас, фарб та багато іншого.

Медичне застосування обумовлено позитивною дією препаратів, що містять цей елемент у лікуванні шлункових розладів, підвищеної кислотності організму, виразкових захворювань.

При поводженні з речовиною слід остерігатися вдихання її пари, оскільки вони викликають сильне ураження легень. Будучи слабким проносним, небезпечно у великих дозах. При корозії спричиняє алюміноз.

Сама речовина досить безпечна, тому що не вступає в реакції з окислювачами.

2s 2p 3s 3p

Електронна конфігурація алюмініюв збудженому стані :

+13Al * 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 3p 2 1s 2s 2p 3s 3p

Алюмінійвиявляє парамагнітні властивості. Алюміній на повітрі швидко утворює міцні оксидні плівки, що захищають поверхню від подальшої взаємодії, тому стійкий до корозії.

Фізичні властивості

Алюміній- легкий метал сріблясто-білого кольору, що легко піддається формуванню, литтю, механічній обробці. Має високу тепло- та електропровідність.

Температура плавлення 660 про З, температура кипіння 1450 про З, щільність алюмінію 2,7 г/см 3 .

Знаходження у природі

Алюміній— найпоширеніший метал у природі, і третій за поширеністю серед усіх елементів (після кисню та кремнію). Зміст у земній корі – близько 8%.

У природі алюміній зустрічається у вигляді сполук:

Боксити Al 2 O 3 · H 2 O(з домішками SiO2 , Fe 2 O 3 , CaCO 3)- гідрат оксиду алюмінію

Корунд Al 2 O 3 .Червоний корунд називають рубіном, синій корунд називають сапфіром.

Способи отримання

Алюмінійутворює міцний хімічний зв'язок із киснем. Тому традиційні способи отримання алюмінію відновленням з оксиду протікають, вимагають великих витрат енергії. Для промислового Для отримання алюмінію використовують процес Холла-Еру. Для зниження температури плавлення оксид алюмінію розчиняють у розплавленому кріоліті(при температурі 960-970 про С) Na 3 AlF 6 а потім піддають електролізу з вуглецевими електродами. При розчиненні в розплаві кріоліту оксид алюмінію розпадається на іони:

Al 2 O 3 → Al 3+ + AlO 3 3-

на катодівідбувається відновлення іонів алюмінію:

До: Al 3+ +3e → Al 0

на анодівідбувається окислення алюмінат-іонів:

А: 4AlO 3 3- - 12e → 2Al 2 O 3 + 3O 2

Сумарне рівняння електролізу розплаву оксиду алюмінію:

2Al 2 O 3 → 4Al + 3O 2

Лабораторний спосіботримання алюмінію полягає у відновленні алюмінію з безводного хлориду алюмінію металевим калієм:

AlCl 3+3K → 4Al+3KCl

Якісні реакції

Якісна реакція на іони алюмінію – взаємодія надлишкусолей алюмінію з лугами . При цьому утворюється білий аморфний осад гідроксиду алюмінію.

Наприклад , хлорид алюмініювзаємодіє з гідроксидом натрію:

При подальшому додаванні лугу амфотерний гідроксид алюмінію розчиняється з утворенням тетрагідроксоалюмінату:

Al(OH) 3 + NaOH = Na

Зверніть увагу , якщо ми помістимо сіль алюмінію в надлишок розчину лугу, то білий осад гідроксиду алюмінію утворюється, т.к. у надлишку лугу з'єднання алюмінію відразу переходять у комплекс:

AlCl 3 + 4NaOH = Na

Солі алюмінію можна знайти за допомогою водного розчину аміаку. При взаємодії розчинних солей алюмінію з водним розчином аміаку також випадає напівпрозорий драглистий осад гідроксиду алюмінію.

AlCl 3+3NH 3 · H 2 O = Al(OH) 3 ↓ + 3 NH 4 Cl

Al 3+ + 3NH 3 · H 2 O= Al(OH) 3 ↓ + 3 NH 4 +

Відеодосвідвзаємодії розчину хлориду алюмінію з розчином аміаку можна переглянути

Хімічні властивості

1. Алюміній – сильний відновник . Тому він реагує з багатьма неметалами .

1.1. Алюміній реагують з галогенамиз освітою галогенідів:

1.2. Алюміній реагує із сіркоюз освітою сульфідів:

2Al + 3S → Al 2S 3

1.3. Алюміній реагуютьз фосфором. При цьому утворюються бінарні сполуки. фосфіди:

Al + P → AlP

Алюміній не реагує з воднем .

1.4. З азотом алюмінійреагує при нагріванні до 1000 про З утворенням нітриду:

2Al +N 2 → 2AlN

1.5. Алюміній реагує з вуглецемз освітою карбіду алюмінію:

4Al + 3C → Al 4C 3

1.6. Алюміній взаємодіє з киснемз освітою оксиду:

4Al + 3O 2 → 2Al 2 O 3

Відеодосвідвзаємодії алюмінію з до олією повітря(Горіння алюмінію на повітрі) можна подивитися .

2. Алюміній взаємодіє зі складними речовинами:

2.1. Чи реагує алюмінійз водою? Відповідь на це питання ви легко знайдете, якщо покопаєтесь трохи в своїй пам'яті. Напевно, хоча б раз у житті ви зустрічалися з алюмінієвими каструлями або алюмінієвими столовими приладами. Таке питання я любив задавати студентам на іспитах. Що найдивовижніше, відповіді я отримував різні – у когось алюміній таки реагував із водою. І дуже, дуже багато хто здавався після питання: «Можливо, алюміній реагує з водою при нагріванні?» При нагріванні алюміній реагував із водою вже у половини респондентів))

Тим не менш, неважко зрозуміти, що алюміній все-таки з водоюу звичайних умовах (та й при нагріванні) не взаємодіє. І ми вже згадували, чому: через освіту оксидної плівки . А от якщо алюміній очистити від оксидної плівки (наприклад, амальгамувати), то він буде взаємодіяти з водою дуже активноз освітою гідроксиду алюмініюі водню:

2Al 0 + 6H 2 + O → 2Al +3 ( OH) 3 + 3H 2 0

Амальгаму алюмінію можна отримати, витримавши шматочки алюмінію в розчині ртуті хлориду (II ):

Відеодосвідвзаємодії амальгами алюмінію з водою можна подивитися.

2.2. Алюміній взаємодіють з мінеральними кислотами (з соляною, фосфорною та розведеною сірчаною кислотою) з вибухом. При цьому утворюються сіль та водень.

Наприклад, алюміній бурхливо реагує з соляною кислотою :

2.3. За звичайних умов алюміній не реагуєз концентрованою сірчаною кислотою через пасивації- Утворення щільної оксидної плівки. При нагріванні реакція йде, утворюються оксид сірки (IV), сульфат алюмініюі вода:

2Al + 6H 2 SO 4(конц.) → Al 2 (SO 4) 3 + 3SO 2 + 6H 2 O

2.4. Алюміній не реагує з концентрованою азотною кислотою також через пасивацію.

З розведеною азотною кислотою алюміній реагує з утворенням молекулярного азоту:

10Al + 36HNO 3 (розб) → 3N 2 + 10Al(NO 3) 3 + 18H 2 O

При взаємодії алюмінію у вигляді порошку з дуже розбавленою азотною кислотою може утворитися нітрат амонію:

8Al + 30HNO 3(оч.розб.) → 8Al(NO 3) 3 + 3NH 4 NO 3 + 9H 2 O

2.5. Алюміній – амфотернийметал, тому він взаємодіє з лугами. При взаємодії алюмінію з розчиномлуги утворюється тетрагідроксоалюмінаті водень:

2Al + 2NaOH + 6H 2 O → 2Na + 3H 2

Відеодосвідвзаємодії алюмінію з лугом і водою можна подивитися.

Алюміній реагує з розплавомлуги з освітою алюмініюі водню:

2Al + 6NaOH → 2Na 3 AlO 3 + 3H 2

Цю ж реакцію можна записати в іншому вигляді (в ЄДІ рекомендую записувати реакцію саме в такому вигляді):

2Al + 6NaOH → NaAlO 2 + 3H 2 + Na 2 O

2.6. Алюміній відновлює менш активні метали з оксидів . Процес відновлення металів із оксидів називається алюмотермія .

Наприклад, алюміній витісняє мідьз оксиду міді (ІІ).Реакція дуже екзотермічна:

Ще приклад: алюміній відновлює залізоз залізної окалини, оксиду заліза (II, III):

8Al + 3Fe 3 O 4 → 4Al 2 O 3 + 9Fe

Відновлювальні властивостіалюмінію також виявляються при взаємодії його із сильними окислювачами: пероксидом натрію, нітратамиі нітритамиу лужному середовищі, перманганатами, сполуками хрому(VI):

2Al + 3Na 2 O 2 → 2NaAlO 2 + 2Na 2 O

8Al + 3KNO 3 + 5KOH + 18H 2 O → 8K + 3NH 3

10Al + 6KMnO 4 + 24H 2 SO 4 → 5Al 2 (SO 4) 3 + 6MnSO 4 + 3K 2 SO 4 + 24H 2 O

2Al + NaNO 2 + NaOH + 5H 2 O → 2Na + NH 3

Al + 3KMnO 4 + 4KOH → 3K 2 MnO 4 + K

4Al + K 2 Cr 2 O 7 → 2Cr + 2KAlO 2 + Al 2 O 3

Алюміній – цінний промисловий метал, який піддається вторинній переробці. Дізнатися докладніше про прийом алюмінію на переробку, а також актуальні ціни на даний вид металу можна .

Оксид алюмінію

Способи отримання

Оксид алюмініюможна отримати різними методами:

1. Горіннямалюмінію на повітрі:

4Al + 3O 2 → 2Al 2 O 3

2. Розкладанням гідроксиду алюмініюпри нагріванні:

3. Оксид алюмінію можна отримати розкладанням нітрату алюмінію :

Хімічні властивості

Оксид алюмінію - типовий амфотерний оксид . Взаємодіє з кислотними та основними оксидами, кислотами, лугами.

1. При взаємодії оксиду алюмінію з основними оксидами утворюються солі- алюмінії.

Наприклад, оксид алюмінію взаємодіє з оксидом натрію:

Na 2 O + Al 2 O 3 → 2NaAlO 2

2. Оксид алюмініювзаємодіє При цьому у розплавіутворюються солі—алюмінати,а в розчині – комплексні солі . При цьому оксид алюмінію виявляє кислотні властивості.

Наприклад, оксид алюмінію взаємодіє з гідроксидом натріюу розплаві з освітою алюмінату натріюі води:

2NaOH + Al 2 O 3 → 2NaAlO 2 + H 2 O

Оксид алюмінію розчиняєтьсяв надлишку лугиз освітою тетрагідроксоалюмінату:

Al 2 O 3 + 2NaOH + 3H 2 O → 2Na

3. Оксид алюмінію не взаємодіє з водою.

4. Оксид алюмінію взаємодіє кислотними оксидами (сильні кислоти). При цьому утворюються соліалюмінію. При цьому оксид алюмінію виявляє основні властивості.

Наприклад, оксид алюмінію взаємодіє з оксидом сірки (VI)з освітою сульфату алюмінію:

Al 2 O 3 + 3SO 3 → Al 2 (SO 4) 3

5. Оксид алюмінію взаємодіє з розчинними кислотами з освітою середніх та кислих солей.

Наприклад сірчаною кислотою:

Al 2 O 3 + 3H 2 SO 4 → Al 2 (SO 4) 3 + 3H 2 O

6. Оксид алюмінію виявляє слабкі окисні властивості .

Наприклад, оксид алюмінію реагує з гідридом кальціюз освітою алюмінію, воднюі оксиду кальцію:

Al 2 O 3 + 3CaH 2 → 3CaO + 2Al + 3H 2

Електричний струм відновлюєалюміній з оксиду (виробництво алюмінію):

2Al 2 O 3 → 4Al + 3O 2

7. Оксид алюмінію – твердий, нелеткий. А отже, він витісняє летючі оксиди (Як правило, вуглекислий газ) із солейпри сплавленні.

Наприклад, з карбонату натрію:

Al 2 O 3 + Na 2 CO 3 → 2NaAlO 2 + CO 2

Гідроксид алюмінію

Способи отримання

1. Гідроксид алюмінію можна одержати дією розчину аміакуна солі алюмінію.

Наприклад, хлорид алюмінію реагує з водним розчином аміакуз освітою гідроксиду алюмініюі хлориду амонію:

AlCl 3 + 3NH 3 + 3H 2 O = Al(OH) 3 + 3NH 4 Cl

2. Пропусканням Вуглекислий газ, сірчистого газу або сірководню через розчин тетрагідроксоалюмінату натрію:

Na + СО 2 = Al(OH) 3 + NaНCO 3

Щоб зрозуміти, як протікає ця реакція, можна використовувати нескладний прийом: розбити подумки складну речовину Na на складові: NaOH і Al(OH) 3 . Далі ми визначаємо, як реагує вуглекислий газ з кожною з цих речовин, та записуємо продукти їхньої взаємодії. Т.к. Al(OH) 3 не реагує з 2 , то ми записуємо праворуч Al(OH) 3 без зміни.

3. Гідроксид алюмінію можна одержати дією нестачі лугу на надлишок солі алюмінію.

Наприклад, хлорид алюмініюреагує з недоліком гідроксиду каліюз освітою гідроксиду алюмініюі хлориду калію:

AlCl 3 + 3KOH (недолік) = Al(OH) 3 ↓+ 3KCl

4. Також гідроксид алюмінію утворюється при взаємодії розчинних солей алюмініюз розчинними карбонатами, сульфітами та сульфідами . Сульфіди, карбонати та сульфіти алюмінію у водному розчині.

Наприклад: бромід алюмініюреагує з карбонатом натрію. При цьому випадає осад гідроксиду алюмінію, виділяється вуглекислий газ і утворюється натрію бромід:

2AlBr 3 + 3Na 2 CO 3 + 3H 2 O = 2Al(OH) 3 ↓ + CO 2 + 6NaBr

Хлорид алюмініюреагує з сульфідом натріюз утворенням гідроксиду алюмінію, сірководню та хлориду натрію:

2AlCl 3 + 3Na 2 S + 6H 2 O = 2Al(OH) 3 + 3H 2 S + 6NaCl

Хімічні властивості

1. Гідроксид алюмінію реагує з розчинними кислотами. При цьому утворюються середні чи кислі солі, Залежно від співвідношення реагентів і типу солі.

Наприклад азотною кислотоюз освітою нітрату алюмінію:

Al(OH) 3 + 3HNO 3 → Al(NO 3) 3 + 3H 2 O

Al(OH) 3 + 3HCl → AlCl 3 + 3H 2 O

2Al(OH) 3 + 3H 2 SO 4 → Al 2 (SO 4) 3 + 6H 2 O

Al(OH) 3 + 3HBr → AlBr 3 + 3H 2 O

2. Гідроксид алюмінію взаємодіє з кислотними оксидами сильних кислот .

Наприклад, гідроксид алюмінію взаємодіє з оксидом сірки (VI)з освітою сульфату алюмінію:

2Al(OH) 3 + 3SO 3 → Al 2 (SO 4) 3 + 3H 2 O

3. Гідроксид алюмінію взаємодіє з розчинними основами (лугами).При цьому у розплавіутворюються солі—алюмінати,а в розчині – комплексні солі . При цьому гідроксид алюмінію виявляє кислотні властивості.

Наприклад, гідроксид алюмінію взаємодіє з гідроксидом каліюу розплаві з освітою алюмінату каліюі води:

2KOH + Al(OH) 3 → 2KAlO 2 + 2H 2 O

Гідроксид алюмінію розчиняєтьсяв надлишку лугиз освітою тетрагідроксоалюмінату:

Al(OH) 3 + KOH → K

4. Гідроксид алюмінію розкладаєтьсяпри нагріванні:

2Al(OH) 3 → Al 2 O 3 + 3H 2 O

Відеодосвідвзаємодії гідроксиду алюмінію з соляною кислотоюі лугами(Амфотерні властивості гідроксиду алюмінію) можна подивитися .

Солі алюмінію

Нітрат та сульфат алюмінію

Нітрат алюмініюпри нагріванні розкладається на оксид алюмінію, оксид азоту (IV)і кисень:

4Al(NO 3) 3 → 2Al 2 O 3 + 12NO 2 + 3O 2

Сульфат алюмініюпри сильному нагріванні розкладається аналогічно - на оксид алюмінію, сірчистий газі кисень:

2Al 2 (SO 4) 3 → 2Al 2 O 3 + 6SO 2 + 3O 2

Комплексні солі алюмінію

Для опису властивостей комплексних солей алюмінію гідроксоалюмінатівзручно використовуватися наступний прийом: подумки розбийте тетрагідроксоалюмінат на дві окремі молекули - гідроксид алюмінію та гідроксид лужного металу.

Наприклад, тетрагідроксоалюмінат натрію розбиваємо на гідроксид алюмінію та гідроксид натрію:

Naрозбиваємо на NaOH та Al(OH) 3

Властивості всього комплексу можна визначати як властивості цих окремих сполук.

Таким чином, гідроксокомплекси алюмінію реагують з кислотними оксидами .

Наприклад, гідроксокомплекс руйнується під дією надлишку Вуглекислий газ. При цьому з 2 реагує NaOH з утворенням кислої солі (при надлишку 2), а амфотерний гідроксид алюмінію не реагує з вуглекислим газом, отже, просто випадає в осад:

Na + CO 2 → Al(OH) 3 ↓ + NaHCO 3

Аналогічно тетрагідроксоалюмінат калію реагує з вуглекислим газом:

K + CO 2 → Al(OH) 3 + KHCO 3

За таким же принципом тетрагідроксоалюмінати реагує з сірчистим газом SO 2:

Na + SO 2 → Al(OH) 3 ↓ + NaHSO 3

K + SO 2 → Al(OH) 3 + KHSO 3

А ось під дією надлишку сильної кислоти осад не випадає, т.к. амфотерний гідроксид алюмінію реагує із сильними кислотами.

Наприклад, з соляною кислотою:

Na + 4HCl (надлишок) → NaCl + AlCl 3 + 4H 2 O

Щоправда, під дією невеликої кількості ( нестачі ) сильної кислотиосад все-таки випаде, для розчинення гідроксиду алюмінію кислоти не вистачатиме:

Na + НCl (недолік) → Al(OH) 3 ↓ + NaCl + H 2 O

Аналогічно з нестачею азотної кислотивипадає гідроксид алюмінію:

Na + HNO 3(недолік) → Al(OH) 3 ↓ + NaNO 3 + H 2 O

Комлекс руйнується при взаємодії з хлорною водою (водним розчином хлору) Cl 2:

2Na + Cl 2 → 2Al(OH) 3 ↓ + NaCl + NaClO

При цьому хлор диспропорціонує.

Також комплекс може прореагувати з надлишком хлориду алюмінію. При цьому випадає осад гідроксиду алюмінію:

AlCl 3 + 3Na → 4Al(OH) 3 ↓ + 3NaCl

Якщо випарувати воду з розчину комплексної солі і нагріти речовину, що утворюється, то залишиться звичайна сіль-алюмінат:

Na → NaAlO 2 + 2H 2 O

K → KAlO 2 + 2H 2 O

Гідроліз солей алюмінію

Розчинні солі алюмінію та сильних кислот гідролізуються по катіону. Гідроліз протікає східчасто і оборотно, тобто. ледь ледь:

I ступінь: Al 3+ + H 2 O = AlOH 2+ + H +

II ступінь: AlOH 2+ + H 2 O = Al(OH) 2 + + H +

III ступінь: Al(OH) 2 + + H 2 O = Al(OH) 3 + H +

Однак сульфіди, сульфіти, карбонати алюмініюта їх кислі солігідролізуються незворотно, повністю, тобто. у водному розчині не існують, а розкладаються водою:

Al 2 (SO 4) 3 + 6NaHSO 3 → 2Al(OH) 3 + 6SO 2 + 3Na 2 SO 4

2AlBr 3 + 3Na 2 CO 3 + 3H 2 O → 2Al(OH) 3 ↓ + CO 2 + 6NaBr

2Al(NO 3) 3 + 3Na 2 CO 3 + 3H 2 O → 2Al(OH) 3 ↓ + 6NaNO 3 + 3CO 2

2AlCl 3 + 3Na 2 CO 3 + 3H 2 O → 2Al(OH) 3 ↓ + 6NaCl + 3CO 2

Al 2 (SO 4) 3 + 3K 2 CO 3 + 3H 2 O → 2Al(OH) 3 ↓ + 3CO 2 + 3K 2 SO 4

2AlCl 3 + 3Na 2 S + 6H 2 O → 2Al(OH) 3 + 3H 2 S + 6NaCl

Алюмінати

Солі, в яких алюміній є кислотним залишком (алюмінати) - утворюються з оксиду алюмініюпри сплавлення з лугамита основними оксидами:

Al 2 O 3 + Na 2 O → 2NaAlO 2

Для розуміння властивостей алюмінатів їх також дуже зручно розбити на дві окремі речовини.

Наприклад, алюмінат натрію ми поділимо подумки на дві речовини: оксид алюмінію та оксид натрію.

NaAlO 2розбиваємо на Na 2 O та Al 2 O 3

Тоді нам стане очевидно, що алюмінати реагують з кислотами з утворенням солей алюмінію :

KAlO 2 + 4HCl → KCl + AlCl 3 + 2H 2 O

NaAlO 2 + 4HCl → AlCl 3 + NaCl + 2H 2 O

NaAlO 2 + 4HNO 3 → Al(NO 3) 3 + NaNO 3 + 2H 2 O

2NaAlO 2 + 4H 2 SO 4 → Al 2 (SO 4) 3 + Na 2 SO 4 + 4H 2 O

Під дією надлишку води алюмінати переходять у комплісні солі:

KAlO 2 + H 2 O = K

NaAlO 2 + 2H 2 O = Na

Бінарні сполуки

Сульфід алюмініюпід дією азотної кислоти окислюється до сульфату:

Al 2 S 3 + 8HNO 3 → Al 2 (SO 4) 3 + 8NO 2 + 4H 2 O

або до сірчаної кислоти (під дією гарячої концентрованої кислоти):

Al 2 S 3 + 30HNO 3(конц. гор.) → 2Al(NO 3) 3 + 24NO 2 + 3H 2 SO 4 + 12H 2 O

Сульфід алюмінію розкладається водою:

Al 2 S 3 + 6H 2 O → 2Al(OH) 3 ↓ + 3H 2 S

Карбід алюмініютакож розкладається водою при нагріванні на гідроксид алюмінію та метан:

Al 4 C 3 + 12H 2 O → 4Al(OH) 3 + 3CH 4

Нітрід алюмініюрозкладається під дією мінеральних кислотна солі алюмінію та амонію:

AlN + 4HCl → AlCl 3 + NH 4 Cl

Також нітрид алюмінію розкладається під дією води:

AlN + 3H 2 O → Al(OH) 3 ↓ + NH 3

Оксид алюмінію – Al2O3. Фізичні властивості:оксид алюмінію – білий аморфний порошок або тверді білі кристали. Молекулярна маса = 101,96, густина – 3,97 г/см3, температура плавлення – 2053 °C, температура кипіння – 3000 °C.

Хімічні властивості:оксид алюмінію виявляє амфотерні властивості – властивості кислотних оксидів та основних оксидів та реагує і з кислотами, і з основами. Кристалічний Аl2О3 хімічно пасивний, аморфний – активніший. Взаємодія з розчинами кислот дає середні солі алюмінію, а з розчинами основ – комплексні солі – гідроксоалюмінати металів:

При сплавленні оксиду алюмінію з твердими лугами металів утворюються подвійні солі. метаалюмінати(безводні алюмінії):

Оксид алюмінію не взаємодіє з водою і не розчиняється у ній.

Отримання:оксид алюмінію отримують шляхом відновлення алюмінієм металів з їх оксидів: хрому, молібдену, вольфраму, ванадію та ін. металотермія, відкритий Бекетовим:

Застосування:оксид алюмінію застосовується для виробництва алюмінію, у вигляді порошку – для вогнетривких, хімічно стійких та абразивних матеріалів, у вигляді кристалів – для виготовлення лазерів та синтетичних дорогоцінних каменів (рубіни, сапфіри та ін), пофарбованих домішками оксидів інших металів – Сr2О3 ( червоний колір), Тi2О3 та Fe2О3 (блакитний колір).

Гідроксид алюмінію – А1(ОН)3. Фізичні властивості:гідроксид алюмінію – білий аморфний (гелеподібний) чи кристалічний. Майже не розчинний у воді; молекулярна маса – 78,00, густина – 3,97 г/см3.

Хімічні властивості:типовий амфотерний гідроксид реагує:

1) із кислотами, утворюючи середні солі: Al(ОН)3 + 3НNO3 = Al(NO3)3 + 3Н2О;

2) з розчинами лугів, утворюючи комплексні солі – гідроксоалюмінати: Al(ОН)3 + КОН + 2Н2О = К.

При сплавленні Al(ОН)3 із сухими лугами утворюються метаалюмінати: Al(ОН)3 + КОН = КAlO2 + 2Н2О.

Отримання:

1) із солей алюмінію під дією розчину лугів: AlСl3 + 3NaOH = Al(ОН)3 + 3Н2О;

2) розкладанням нітриду алюмінію водою: AlN + 3Н2О = Аl(ОН)3 + NН3?;

3) пропусканням СО2 через розчин гідроксокомплексу: [Аl(ОН)4]-+ СО2 = Аl(ОН)3 + НСО3-;

4) дією на солі Аl гідратом аміаку; при кімнатній температурі утворюється Аl(ОН)3.

62. Загальна характеристика підгрупи хрому

Елементи підгрупи хромузаймають проміжне положення у ряді перехідних металів. Мають високі температури плавлення та кипіння, вільні місця на електронних орбіталях. Елементи хромі молібденмають нетипову електронну структуру - на зовнішній s-орбіталі мають один електрон (як у Nb з підгрупи VB). У цих елементів на зовнішніх d-і s-орбіталях знаходиться 6 електронів, тому всі орбіталі заповнені наполовину, тобто на кожній знаходиться по одному електрону. Маючи подібну електронну конфігурацію, елемент має особливу стабільність і стійкість до окислення. Вольфраммає сильніший металевий зв'язок, ніж молібден. Ступінь окиснення у елементів підгрупи хрому сильно варіює. У належних умовах усі елементи виявляють позитивний ступінь окиснення від 2 до 6, максимальний ступінь окиснення відповідає номеру групи. Не всі ступені окислення у елементів стабільні, у хрому найстабільніша - +3.

Всі елементи утворюють оксид MVIO3, відомі також оксиди з нижчими ступенями окиснення.Усі елементи цієї підгрупи амфотерни – утворюють комплексні сполуки та кислоти.

Хром, молібдені вольфрамзатребувані в металургії та електротехніці. Всі метали, що розглядаються, покриваються пасивною оксидною плівкою при зберіганні на повітрі або в середовищі кислоти-окислювача. Видаляючи плівку хімічним або механічним способом, можна підвищити хімічну активність металів.

Хром.Елемент одержують із хромітної руди Fe(CrO2)2, відновлюючи вугіллям: Fe(CrO2)2 + 4C = (Fe + 2Cr) + 4CO?.

Чистий хром одержують відновленням Cr2O3 за допомогою алюмінію або електролізу розчину, що містить іони хрому. Виділяючи хром за допомогою електролізу, можна отримати хромове покриття, що використовується як декоративні та захисні плівки.

З хрому одержують ферохром, що застосовується при виробництві сталі.

Молібден.Одержують із сульфідної руди. Його сполуки використовують під час виробництва сталі. Сам метал одержують при відновленні його оксиду. Прожарюючи оксид молібдену із залізом, можна отримати феромолібден. Використовують для виготовлення ниток та трубок для обмотки печей та електроконтактів. Сталь із додаванням молібдену використовують у автомобільному виробництві.

Вольфрам.Отримують з оксиду, що видобувається зі збагаченої руди. Як відновник використовують алюміній або водень. Вольфрам, що вийшов, в ідеї порошку згодом формують при високому тиску і термічній обробці (порошкова металургія). У такому вигляді використовують вольфрам для виготовлення ниток розжарювання, додають до сталі.