Файл: Алюминий ( Al ).docx

Министерство науки и высшего образования

Российской федерации

ФПАОУ ВО УрФУ имени первого Президента России Б.Н.Ельцина

Политехнический институт (филиал)

в г. Каменск-Уральский.


Реферат на тему

«Алюминий (Al)»

Студент Валеев Н.Ф.
Группа НМТ- 123203 КУ
Преподаватель Колмогорцева В.Д.

г. Каменск-Уральский

2023г

Оглавление

Положение в периодической системе химических элементов

Алюминий расположен в главной подгруппе III группы (или в 13 группе в современной форме ПСХЭ) и в третьем периодепериодической системы химических элементов Д.И. Менделеева.

Электронное строение алюминия и свойства 

Электронная конфигурация алюминия в основном состоянии:

+13Al 1s²2s²2p⁶3s²3p¹     1s     2s    2p     3s    3p 

---

Электронная конфигурация алюминия в возбужденном состоянии:

+13Al^* 1s²2s²2p⁶3s¹3p²   1s     2s    2p     3s    3p 

Алюминий проявляет парамагнитные свойства. Алюминий на воздухе быстро образует прочные оксидные плёнки, защищающие поверхность от дальнейшего взаимодействия, поэтому устойчив к коррозии.

 

Физические свойства

Алюминий – лёгкий металл серебристо-белого цвета, легко поддающийся формовке, литью, механической обработке. Обладает высокой тепло- и электропроводностью.
Температура плавления 660^оС, температура кипения 1450^оС, плотность алюминия 2,7 г/см³.

Нахождение в природе

Алюминий — самый распространенный металл в природе, и 3-й по распространенности среди всех элементов (после кислорода и кремния). Содержание в земной коре — около 8%.

В природе алюминий встречается в виде соединений:

Бокситы Al₂O₃ · H₂O (с примесями SiO₂, Fe₂O₃, CaCO₃) — гидрат оксида алюминия.

---

Способы получения

Алюминий образует прочную химическую связь с кислородом. Поэтому традиционные способы получения алюминия восстановлением из оксида протекают требуют больших затрат энергии. Для промышленного получения алюминия используют процесс Холла-Эру. Для понижения температуры плавления оксид алюминия растворяют в расплавленном криолите (при температуре 960-970^оС) Na₃AlF₆, а затем подвергают электролизу с углеродными электродами. При растворении в расплаве криолита оксид алюминия распадается на ионы:

Al₂O₃ → Al³⁺ + AlO₃^3-

На катоде происходит восстановление ионов алюминия:

Катод: Al³⁺ +3e → Al⁰

На аноде происходит окисление алюминат-ионов:

Анод: 4AlO₃^3- — 12e → 2Al₂O₃ + 3O₂

Суммарное уравнение электролиза расплава оксида алюминия:

2Al₂O₃ → 4Al + 3O₂

Лабораторный способ получения алюминия заключается в восстановлении алюминия из безводного хлорида алюминия металлическим калием:

AlCl₃ + 3K → Al + 3KCl

 

Химические свойства

1. Алюминий – сильный восстановитель. Поэтому он реагирует со многими неметаллами.

1.1. Алюминий реагируют с галогенами с образованием галогенидов:

2Al +  3I₂  → 2AlI₃

1.2. Алюминий реагирует с серой с образованием сульфидов:

2Al +  3S  → Al₂S₃

1.3. Алюминий реагируют с фосфором. При этом образуются бинарные соединения — фосфиды:

Al + P → AlP

1.4. С азотом алюминий реагирует при нагревании до 1000^оС с образованием нитрида:

2Al + N₂ → 2AlN

1.5. Алюминий реагирует с углеродом с образованием карбида алюминия:

4Al + 3C → Al₄C₃

1.6. Алюминий взаимодействует с кислородом с образованием оксида:

4Al + 3O₂ → 2Al₂O₃

2. Алюминий взаимодействует со сложными веществами:

---

2.1. Реагирует ли алюминий с водой? Ответ на этот вопрос вы без труда найдете, если покопаетесь немного в своей памяти.  Наверняка хотя бы раз в жизни вы встречались с алюминиевыми кастрюлями или алюминиевыми столовыми приборами. Такой вопрос я любил задавать студентам на экзаменах. Что самое удивительное, ответы я получал разные — у кого-то алюминий таки реагировал с водой. И очень, очень многие сдавались после вопроса: «Может быть, алюминий реагирует с водой при нагревании?» При нагревании алюминий реагировал с водой уже у половины респондентов))

Тем не менее, несложно понять, что алюминий все-таки с водой в обычных условиях (да и при нагревании) не взаимодействует. И мы уже упоминали, почему: из-за образования оксидной пленки. А вот если алюминий очистить от оксидной пленки (например, амальгамировать), то он будет взаимодействовать с водой очень активно с образованием гидроксида алюминия и водорода:

2Al⁰ + 6H₂⁺O → 2Al⁺³(OH)₃ + 3H₂⁰

---

Способы получения оксида алюминия

1. Горением алюминия на воздухе: 

4Al + 3O₂ → 2Al₂O₃

2. Разложением гидроксида алюминия при нагревании:

2Al (OH)₃ → Al₂O₃ + 3H₂O

 3. Оксид алюминия можно получить разложением нитрата алюминия:

4Al (NO₃)₃ → 2Al₂O₃ + 12NO₂ + 3O₂ 

Оксид алюминия — типичный амфотерный оксид. Взаимодействует с кислотными и основными оксидами, кислотами, щелочами.

1. При взаимодействии оксида алюминия с основными оксидами образуются соли-алюминаты.

Например, оксид алюминия взаимодействует с оксидом натрия:

Na₂O + Al₂O₃ → 2NaAlO₂

2. Оксид алюминия взаимодействует с растворимыми основаниями (щелочами). При этом в расплаве образуются соли—алюминаты, а врастворе – комплексные соли. При этом оксид алюминия проявляет кислотные свойства.

Например, оксид алюминия взаимодействует с гидроксидом натрия в расплаве с образованием алюмината натрия и воды:

2NaOH + Al₂O₃ → 2NaAlO₂ + H2O

Оксид алюминия растворяется в избытке щелочи с образованием тетрагидроксоалюмината:

Al₂O₃  +  2NaOH +  3H₂O →  2Na[Al(OH)₄]

3. Оксид алюминия не взаимодействует с водой.

4. Оксид алюминия взаимодействует с кислотными оксидами (сильных кислот). При этом образуются соли алюминия. При этом оксид алюминия проявляет основные свойства.

Например, оксид алюминия взаимодействует с оксидом серы (VI) с образованием сульфата алюминия: 

---