Алюміній. Амфотерний характер його сполук
Алюміній – метал, який небезпідставно називають “крилатим”, – використовують значно ширше порівняно з натрієм, калієм і кальцієм.
План
1. Місце Алюмінію у періодичній системі, будова його атома.
2. Поширення у природі.
3. Добування.
4. Фізичні та хімічні властивості.
5. Застосування.
6. Амфотерний характер сполук Алюмінію.
Оарактеризуйте місце Алюмінію у періодичній системі, будову його атома.
Відомо приблизно 250 мінералів Алюмінію. Цей хімічний елемент входить до складу алюмосилікатів. До них належать: слюди, польові шпати, глини, зокрема каолін. Багаті на алюміній також алуніт (галуновий камінь) К2SО4 · А12(SО4)3 · 4А1(ОН)3, нефелін, альбіт Na2O · Al2O3 · 6SiO2, кріоліт Na3[AlF6], боксит.
Мінерал корунд – це кристалічний алюміній оксид Al2O3. Його синій різновид, який містить домішки Титану й Феруму, називають сапфіром. Червоний колір іншого різновиду – рубіну – зумовлений домішками Хрому.
Різні домішки здатні надавати так званому шляхетному корундові зеленого, жовтого, жовтогарячого, фіолетового та інших кольорів й відтінків.
Шпінель Al2O3 · MgO також містить Алюміній і не поступається красою рубінам. З ними часто плутали шляхетну рубінову шпінель. Два знаменитих історичних камені зі скарбів британської корони (“Рубін Чорного Принца” і “Рубін Тимура”) виявилися червоною шпінеллю. Подібна рубінова шпінель масою 398,72 карата вінчає корону Російської імперії.
Атомна частка Алюмінію в земній корі становить 6,4%.
Вміст Алюмінію в різних природних об’єктах:
Масова частка Алюмінію, %
| |||
Земна кора
|
Морська вода
|
Рослини
|
Тварини
|
8,5
|
1·10 -6
|
0,02
|
1·10 -5
|
Порівняйте вміст Алюмінію в земній корі та морській воді, в рослинних і тваринних організмах.
У живих організмах Алюміній не виконує жодної фізіологічної функції, однак через його поширеність входить до складу живої речовини. Перші відомості про токсичність сполук Алюмінію були отримані лише в 70-х роках минулого століття. Накопичення Алюмінію в організмі супроводжується збільшенням крихкості кісток, розвитком різних форм анемії, порушенням мови, провалами пам’яті, помутнінням розуму, конвульсіями. Підвищення вмісту катіонів Алюмінію призводить до загибелі риб, земноводних і молюсків у водоймах.
Алюміній – блискучий сріблясто-білий метал. На повітрі він швидко окиснюється і вкривається тонкою білою матовою плівкою алюміній оксиду.
Температура плавлення алюмінію технічної чистоти з масовою часткою алюмінію 99,5% становить 658°С. З підвищенням ступеня чистоти температура плавлення алюмінію зростає. Метал високої чистоти плавиться при 660,24°С.
Розплавлений алюміній покривається оксидною плівкою. Вона має температуру плавлення 2044°С, достатню механічну міцність й утримує розплав у своєрідному чохлі.
Алюміній, подібно до срібла, має високу здатність відбивати світлові та теплові промені. Вона збільшується зі зростанням чистоти металу.
Найхарактернішими фізичними властивостями алюмінію є його мала густина (2,7 кг/м3), а також порівняно високі тепло- і електропровідність.
У твердому стані алюміній легко піддається куванню, прокатці, волочінню, різанню. З нього можна витягати найтонший дріт і катати фольгу. Пластичність алюмінію зростає з підвищенням ступеня чистоти цього металу.
Хімічно алюміній дуже активний, однак досить тонка й міцна оксидна плівка зумовлює корозійну стійкість алюмінію. За нагрівання на повітрі чи в кисні алюміній згоряє:
Al + O2 → Al2O3
? Перетворіть схему реакції горіння алюмінію на хімічне рівняння. Визначте окисник і відновник.
Продуктом реакції алюмінію з хлором є алюміній хлорид:
Al + Сl2 → AlСl3
? Перетворіть схему реакції алюмінію з хлором на хімічне рівняння. Визначте окисник і відновник.
У результаті взаємодії алюмінію з бромом утворюється алюміній бромід:
Al + Br2 → AlBr3
? Перетворіть схему реакції алюмінію з бромом на хімічне рівняння. Визначте окисник і відновник.
Реакція алюмінію з йодом є каталітичною. Щоб вона почалася, достатньо додати кілька крапель води до суміші алюмінієвого порошку з йодом:
Al + I2 → AlІ3
? Перетворіть схему реакції алюмінію з йодом на хімічне рівняння. Визначте окисник і відновник.
За нагрівання алюміній реагує з сіркою, азотом, вуглецем:
Al + N2 → AlN
Аl + S → Al2S3
Al + C → Al4C3
? Перетворіть схеми реакцій алюмінію з цими неметалами на хімічні рівняння. Визначте, окисником чи відновником є алюміній у цих реакціях.
Завдяки захисній оксидній плівці алюміній є стійким до дії води навіть за нагрівання. Під дією лугів плівка алюміній оксиду руйнується, і алюміній активно витискає водень із води:
Al + Н2О→ Al(ОН)3↓ + Н2↑
? Перетворіть схеми реакцій алюмінію з цими неметалами на хімічні рівняння. Визначте, окисником чи відновником є алюміній у цих реакціях.
Концентровані сульфатна і нітратна кислоти пасивують алюміній. Натомість із розбавленими хлоридною та сульфатною кислотами алюміній реагує досить активно:
Al + НСl→ AlCl3 + Н2↑
Al + Н2SО4 → Al2(SO4)3+ Н2↑
? Перетворіть схеми реакцій алюмінію з цими неметалами на хімічні рівняння. Визначте, окисником чи відновником є алюміній у цих реакціях.
Алюміній відновлює метали з їхніх оксидів.
? Пригадайте, як називають цей спосіб добування металів.
Застосування алюмінію зумовлене його властивостями. Ним відновлюють метали з їхніх оксидів.
Поєднання легкості з достатньо високою електропровідністю дозволяє застосовувати алюміній як провідник електричного струму, замінюючи ним дорожчу мідь. Алюміній використовують як розкисник сталей, бронз та інших сплавів. Алюміній і його сплави (дюралюміній і силумін) використовують практично у всіх галузях сучасної техніки. Основними споживачами алюмінію та його сплавів є: авіаційна й автомобільна промисловості, залізничний і водний транспорт, машинобудування тощо.
Завдяки високій корозійній стійкості алюміній широко застосовують при виготовленні апаратури для виробництва та зберігання концентрованої нітратної кислоти, гідроген пероксиду, органічних речовин і харчових продуктів.
Високу відбивну здатність полірованого алюмінію використовують для виготовлення поверхонь нагрівальних і освітлювальних рефлекторів і дзеркал.
Основоположниками електролітичного способу виробництва алюмінію є Поль Еру (Франція) і Чарльз Хол (США). У 1866 р. незалежно один від одного вони заявили аналогічні патенти на спосіб одержання алюмінію електролізом глинозему, розчиненого в розплавленому кріоліті. З відкриттям електролітичного способу почався швидкий розвиток алюмінієвої промисловості.
Алюміній – металічний елемент. Утворена ним проста речовина хімічно дуже активна, однак тонка міцна оксидна плівка на поверхні алюмінію захищає його від корозії.
Комплекс фізичних властивостей алюмінію та його відновні властивості зумовлюють широке застосування цього металу та його сплавів.
Сполуки Алюмінію
Найважливішими сполуками Алюмінію є алюміній оксид і алюміній гідроксид. Розгляньмо детальніше їхні склади, властивості та застосування.
Алюміній оксид – біла тугоплавка кристалічна та нерозчинна у воді речовина.
Тонка міцна плівка алюміній оксиду захищає поверхню алюмінію від подальшого окиснення.
Алюміній оксид є амфотерним:
Al2O3 + HCl → AlCl3 + H2O
Al2O3 + KOH + H2O → K[Al(OH)4] + H2O
Al2O3 + KOH → KAlO2+ H2O
Перетворіть схеми реакцій на хімічні рівняння і поясніть, які властивості виявляє алюміній оксид у реакціях із кислотами та лугами.
У лабораторних умовах алюміній оксид добувають спалюванням алюмінію або термічним розкладанням алюміній гідроксиду:
Al + O2 → Al2O3
Al(OH)3 → Al2O3 + H2O
Перетворіть схеми реакцій на хімічні рівняння і визначте, яка з реакцій є окисно-відновною.
Уже відому нам природну модифікацію алюміній оксиду (корунд) застосовують у різних галузях науки і виробництва. Рубіни, наприклад, є матеріалом для виготовлення робочих каменів точних механізмів. Кристали корунду – робочі тіла лазерів. І рубіни, і сапфіри є коштовними каменями. Їх використовують для оздоблення ювелірних виробів. Алюміній оксид є головною складовою наждаку – абразивного матеріалу.
Тугоплавкість і корозійна стійкість алюміній оксиду зумовлює його застосування для виготовлення термостійкого хімічного посуду, цегли для мурування скловарних печей.
Алюміній оксиду відповідає алюміній гідроксид. Це нерозчинна у воді аморфна речовина білого кольору.
Кристалічний алюміній гідроксид трапляється в природі у складі мінералу гібситу.
У лабораторії алюміній гідроксид добувають тільки непрямим шляхом із розчинних солей Алюмінію.
Виконаймо лабораторний дослід.
До розчину алюміній нітрату доллємо розчин натрій гідроксиду. Добутий білий драглистий осад алюміній гідроксиду розчиняється в надлишку лугу та під дією кислот. Отже, алюміній гідроксид виявляє амфотерні властивості:
Al(NO3)3 + NaOH → Al(OH)3↓ + NaNO3
Al(OH)3+ NaOH → Na[Al(OH)4]
Al(OH)3 + HCl → AlCl3 + H2O
Перетворіть схеми реакцій на хімічні рівняння.
Здатність алюміній гідроксиду реагувати з кислотами використовують у терапії. Він входить до складу лікарських антацидних препаратів, які використовують для зниження кислотності та зменшення печії.
При сплавлянні алюміній гідроксиду з натрій гідроксидом утворюється натрій метаалюмінат:
Перетворіть схему цієї реакції на хімічне рівняння.
Отже найважливішими сполуками Алюмінію є алюміній оксид і алюміній гідроксид. Ці сполуки виявляють амфотерний характер.
Коментарі
Дописати коментар
Додайте ваш коментар