Добавлен: 10.11.2023
Просмотров: 189
Скачиваний: 8
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Гидролиз солей алюминия
Растворимые соли алюминия и сильных кислот гидролизуются по катиону. Гидролиз протекает ступенчато и обратимо, т.е. чуть-чуть:
I ступень: Al3+ + H2O = AlOH2+ + H+
II ступень: AlOH2+ + H2O = Al(OH)2+ + H+
III ступень: Al(OH)2+ + H2O = Al(OH)3 + H+
Однако сульфиды, сульфиты, карбонаты алюминия и их кислые солигидролизуются необратимо, полностью, т.е. в водном растворе не существуют, а разлагаются водой:
Al2(SO4)3 + 6NaHSO3 → 2Al(OH)3 + 6SO2 + 3Na2SO4
2AlBr3 + 3Na2CO3 + 3H2O → 2Al(OH)3↓ + CO2↑ + 6NaBr
2Al(NO3)3 + 3Na2CO3 + 3H2O → 2Al(OH)3↓ + 6NaNO3 + 3CO2↑
2AlCl3 + 3Na2CO3 + 3H2O → 2Al(OH)3↓ + 6NaCl + 3CO2↑
Al2(SO4)3 + 3K2CO3 + 3H2O → 2Al(OH)3↓ + 3CO2↑ + 3K2SO4
2AlCl3 + 3Na2S + 6H2O → 2Al(OH)3 + 3H2S↑ + 6NaCl
Алюминаты
Соли, в которых алюминий является кислотным остатком (алюминаты) — образуются из
оксида алюминия при сплавлении с щелочами и основными оксидами:
Al2O3 + Na2O → 2NaAlO2
Для понимания свойств алюминатов их также очень удобно разбить на два отдельных вещества.
Например, алюминат натрия мы разделим мысленно на два вещества: оксид алюминия и оксид натрия.
NaAlO2 разбиваем на Na2O и Al2O3
Тогда нам станет очевидно, что алюминаты реагируют с кислотами с образованием солей алюминия:
KAlO2 + 4HCl → KCl + AlCl3 + 2H2O
NaAlO2 + 4HCl → AlCl3 + NaCl + 2H2O
NaAlO2 + 4HNO3 → Al(NO3)3 + NaNO3 + 2H2O
2NaAlO2 + 4H2SO4 → Al2(SO4)3 + Na2SO4 + 4H2O
Под действием избытка воды алюминаты переходят в комплексные соли:
KAlO2 + 2H2O = K[Al(OH)4]
NaAlO2 + 2H2O = Na[Al(OH)4]
Бинарные соединения
Сульфид алюминия под действием азотной кислоты окисляется до сульфата:
Al2 S3 + 8HNO3 → Al2(SO4)3 + 8NO2 + 4H2O
либо до серной кислоты (под действием горячей концентрированной кислоты):
Al2 S3 + 30HNO3(конц. гор.) → 2Al(NO3)3 + 24NO2 + 3H2SO4 + 12H2O
Сульфид алюминия разлагается водой:
Al2S3 + 6H2O → 2Al(OH)3↓ + 3H2S↑
Карбид алюминия также разлагается водой при нагревании на гидроксид алюминия и метан:
Al4C3 + 12H2O → 4Al(OH)3 + 3CH4
Нитрид алюминия разлагается под действием минеральных кислотна соли алюминия и аммония:
AlN + 4HCl → AlCl3 + NH4Cl
Также нитрид алюминия разлагается под действием воды:
AlN + 3H2O → Al(OH)3↓ + NH3
Применение алюминия
Древний историк Плиний Старший рассказывает об интересном событии, которое произошло почти два тысячелетия назад. Однажды к римскому императору Тиберию пришел незнакомец. В дар императору он преподнес изготовленную им чашу из блестящего, как серебро, но чрезвычайно легкого металла. Мастер поведал, что этот никому не известный металл он сумел получить из глинистой земли. Должно быть, чувство благодарности редко обременяло Тиберия, да и правителем он был недальновидным. Боясь, что новый металл с его прекрасными свойствами обесценит хранившиеся в казне золото и серебро, он приказал отрубить изобретателю голову, а его мастерскую разрушить, чтобы никому не повадно было впредь заниматься производством "опасного" металла.
Быль это или легенда — трудно сказать. Но так или иначе "опасность" миновала и, к сожалению, надолго. Лишь в XVI веке, т. е. спустя примерно полторы тысячи лет, в историю алюминия была вписана новая страница. Это сделал талантливый немецкий врач и естествоиспытатель Филипп Ауреол Теофраст Бомбаст фон Гогенгейм, вошедший в историю под псевдонимом Парацельс. Исследуя различные вещества и минералы, в том числе квасцы, ученый установил, что они "есть соль некоторой квасцовой земли", в состав которой входит оксид неизвестного металла, впоследствии названный глиноземом.
Квасцы, заинтересовавшие Парацельса, были известны с давних времен. По свидетельству греческого историка Геродота, жившего в V веке до н. э., древние народы применяли при крашении тканей для закрепления их цвета минеральную породу, которую они называли "алюмен", т. е. "вяжущая". Этой породой и были квасцы.
Примерно к VIII–IX векам относятся первые упоминания об изготовлении квасцов в Древней Руси, где их также использовали для окраски тканей и приготовления сафьяновых кож. В средние века в Европе уже действовало несколько заводов для производства квасцов.
В 1754 году немецкий химик Андреас Сигизмунд Маргграф сумел выделить "квасцовую землю", о которой за два столетия до этого писал Парацельс. Прошло еще несколько десятков лет, прежде чем англичанин Гэмфри Дэви попытался получить металл, скрывающийся в квасцах. В 1807 году ему удалось электролизом щелочей открыть натрий и калий, но разложить с помощью электрического тока глинозем он так и не сумел. Подобные же попытки предпринял спустя несколько лет швед Йенс Якоб Берцелиус, но и его работы не увенчались успехом. Несмотря на это, ученые все же решили дать неподдающемуся металлу имя: сначала Берцелиус назвал его алюмием, а затем Дэви изменил алюмий на алюминий.
Первым, кому удалось, подобно неизвестному мастеру Древнего Рима, получить металлический алюминий, был датский ученый Ганс Христиан Эрстед. В 1825 году в одном из химических журналов он опубликовал свою статью, в которой писал, что в результате проведенных им опытов образовался "кусок металла, цветом и блеском несколько похожий на олово". Однако журнал этот был не очень известен, и сообщение Эрстеда осталось почти незамеченным в научном мире. Да и сам ученый, поглощенный работами по электромагнетизму, не придавал своему открытию большого значения.
Спустя два года в Копенгаген к Эрстеду приехал молодой, но уже известный немецкий химик Фридрих Вёлер. Эрстед сообщил ему, что не намерен продолжать опыты по получению алюминия.
Вернувшись в Германию, Вёлер немедленно занялся этой проблемой, весьма заинтересовавшей его, и уже в конце 1827 года опубликовал свой метод получения нового металла. Правда, метод Вёлера позволял выделять алюминий лишь в виде зерен, величиной не более булавочной головки, но ученый продолжал эксперименты до тех пор, пока не сумел, наконец, разработать способ получения алюминия в виде компактной массы. На это ему потребовалось … восемнадцать лет.
К тому времени новый металл уже успел завоевать популярность и, поскольку получали его в мизерных количествах, цены на него превышали цены на золото, да и достать его было делом не простым.
Немудрено, что когда один из европейских монархов приобрел в личное пользование камзол с алюминиевыми пуговицами, он начал свысока посматривать на других правителей, которым такая роскошь была не по карману. Тем же не оставалось ничего другого, как только завидовать счастливому обладателю редчайших пуговиц и с тихой грустью дожидаться лучших времен.
К их великой радости ждать пришлось недолго: уже в 1855 году на Всемирной выставке в Париже экспонировалось "серебро из глины", вызвавшее большую сенсацию. Это были пластины и слитки алюминия, которые сумел получить французский ученый и промышленник Анри Этьенн Сент-Клер Девиль.
Появлению этих экспонатов предшествовали следующие события. Императором Франции в то время был Наполеон III — "маленький племянник великого дяди", как называли его тогда. Большой любитель пустить пыль в глаза, он устроил однажды банкет, на котором члены монаршей семьи и наиболее почетные гости были удостоены чести есть алюминиевыми ложками и вилками. Гостям же попроще пришлось пользоваться обычными (для императорских банкетов, разумеется) золотыми и серебряными приборами. Конечно, было обидно до слез, и кусок не лез в горло, но что поделаешь, если даже император не мог тогда обеспечить каждого гостя алюминием по потребности. Когда же судьба подарила французскому монарху наследного принца, счастливый папаша на радостях заказал придворному ювелиру роскошную погремушку из алюминия, золота и драгоценных камней.
Вскоре в голове Наполеона III созрел дерзновенный проект, который сулил славу и почет, но, главное, должен был заставить государей других стран позеленеть от зависти: император решил снабдить солдат своей армии доспехами из алюминия. Он предоставил Сент-Клер Девилю крупные средства, чтобы тот изыскал способ получения алюминия в больших количествах. Сент-Клер Девиль, положив в основу своих экспериментов метод Вёлера, сумел разработать соответствующую технологию, но металл, полученный им, продолжал оставаться весьма дорогим. Именно поэтому французским солдатам так и не довелось примерить обещанные доспехи, но о своей личной охране император позаботился: его телохранители начали щеголять в новеньких алюминиевых кирасах (латах). Получение Сент-Клер Девилем чистого алюминия бонапартистские круги Франции пытались использовать для раздувания националистического угара: они повсюду трубили о якобы французском приоритете в открытии этого металла. К чести Сент-Клер Девиля он отреагировал на эти "приписки", как подобает настоящему ученому, и к тому же весьма оригинально: из алюминия собственного производства он отчеканил медаль с портретом Фридриха Вёлера и датой "1827" и послал ее в подарок немецкому ученому.