ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 12.12.2023
Просмотров: 54
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
С пниктогенами и халькогенами алюминий взаимодействует при высокой температуре. С галогенами, за исключением йода, алюминий непосредственно не реагирует. Концентрированные серная и азотная кислоты пассивируют его, поэтому он в них не растворяется. Алюминий растворяется в соляной кислоте и в растворах щелочей:
2Аl + 6НСl = 2АlСl3 + 3Н2;
2Аl + 2NaOH + 6Н2O = 2Na[Al(OH)4] + 3Н2.
Алюминий, лишенный защитной пленки, энергично взаимодействует с водой:
2Аl + 6Н2O = 2Аl(ОН)3 + 3Н2.
Химическая связь в соединениях алюминия обладает большей долей ионности, чем в соединениях бора. Так, BF3 - газ, AlF3 - твердое соединение с высокой температурой плавления, его вполне можно назвать солью; галогениды АlСl3, АlВг3, АlI3 обнаруживают свойства, промежуточные между свойствами галогенидов неметаллов и солей.
Ион Аl3+, имеющий малый радиус и большой заряд, проявляет склонность к комплексообразованию; причем у алюминия она больше, чем у магния, и меньше, чем у бора. Алюминий образует прочные комплексы с Н2O, ОН-, F-; как все s- и p-элементы не дает прочных комплексов с аммиаком и его производными. При комплексообразовании в химическую связь могут вносить вклад свободные d-орбитали атома алюминия. Этим объясняется возможность образования комплексов с КЧ = 6, например [Аl(Н2O)6]3+ (sp3d2-гибридизация).
Соединения. Алюминий не вступает в реакцию с водородом. Гидрид алюминия получают косвенным путем, действуя гидридом лития в эфирном растворе на АlСl3:
АlСl3 + 3LiH = АlН3 + 3LiСl.
Гидрид алюминия АlН3 - белый порошок; это полимерное соединение (АlН3)n. Если предыдущую реакцию провести с избытком LiH, получаем тетрагидроалюминат лития:
АlСl3 + 4LiН = Li[AlH4] + 3LiCl.
Li[AlH4] - сильный восстановитель, бурно реагирует с водой с выделением водорода:
Li[AlH4] + 4Н2O = LiOH + Аl(ОН)3 + 4Н2.
При нагревании алюминий энергично взаимодействует с кислородом:
4Аl + 3O2 = 2Аl2O3 (к); G = -3164 кДж.
Оксид алюминия Аl2О3 - очень твердое, тугоплавкое, химически стойкое соединение (т.пл. = 2072 °С, т.кип. = 3500 °С), разрушается лишь при длительном нагревании с кислотами или щелочами:
Аl2О3 + 6НСl = 2АlСl3 + 3Н2O;
В щелочных растворах образуются гидроксоалюминаты:
Аl2O3 + 2NaOH + 7Н2O = 2Na[Al(ОН)4(Н2O)2].
Гидроксид алюминия Аl(ОН)3 - амфотерное соединение. Ему соответствуют два типа солей: соли алюминия (III), например Al2(SO4)3, AlCl3, и алюминаты - соли алюминиевых кислот. В водных растворах алюминаты существуют в виде гидроксокомплексов, например K[Al(OH)4], в расплавах - в виде солей несуществующей в свободном состоянии мета-алюминиевой кислоты, например, КАlO2. Схему равновесия в насыщенном водном растворе Аl(ОН)3 можно представить следующим образом:
H2O
Аl3+ + 3ОН- ⇄ Аl(ОН)3 ⇄ Н[Аl(ОН)4] ⇄ Н+ + [Аl(ОН)4]-
Добавление кислоты (Н+) приводит к смещению равновесия в сторону образования катиона А
l3+ (солей алюминия катионного типа):
Аl(ОН)3 + 3Н+ = Аl3+ + 3Н2O.
Добавление щелочи (ОН-) - в сторону образования анионов (солей алюминия анионного типа):
Аl(ОН)3 + ОН- = [Аl(ОН)4]-.
Соли алюминия в водных растворах сильно гидролизованы. Реакция среды зависит от типа растворенной соли:
Аl3+ + Н2O ⇄ АlOН2+ + Н+ при рН < 7.
Соли Аl3+ и слабых кислот гидролизуются полностью с образованием осадков гидроксида алюминия или гидроксосолей алюминия:
Аl(СН3СОО)3 + 2Н2O = АlOH(СН3СОО)2 + Аl(ОН)2СН3СОО +
+ СН3СООН.
Вследствие сильного гидролиза многие соли алюминия не удается выделить из водных растворов (например, сульфид, карбонат, цианид и др.):
Al2S3 + 6Н2O = 2Аl(ОН)3 + 3H2S
Соли алюминия и кислородсодержащих кислот растворимы в воде. Исключение составляет фосфат алюминия АlРO4. Образование малорастворимого фосфата играет важную роль в жизнедеятельности организмов. Усвоение фосфора организмом замедляется в присутствии катионов Аl3+ вследствие образования в кишечнике малорастворимого фосфата алюминия. Это обстоятельство необходимо учитывать при назначении препаратов алюминия, например, средства против повышенной кислотности желудка Аl(ОН)3.
В желудке гидроксид алюминия образует гель, который нейтрализует ионы гидроксония желудочного сока:
Аl(ОН)3 + 3Н3O+ = Аl3+ + 6Н2O.
Перешедшие в раствор ионы алюминия в кишечнике переходят в малорастворимую форму - фосфат алюминия:
Аl3+ (р) + РО43- (р) = АlРO4 (т).
В живых организмах с биолигандами (оксикислотами, полифенолами, углеводами, липидами) алюминий образует хелатные комплексные соединения. Как правило, связи с органическими лигандами он образует с помощью атомов кислорода. Например, при взаимодействии Аl3+ с полифенолами получаются комплексные соединения следующего состава:
В стоматологической практике находят широкое применение соединения алюминия, например белая глина (каолин) Аl2O3 2SiO2 2Н2O. Последняя входит в состав цементов, которые используют как временный пломбировочный материал, а также для штамповки коронок.
С сульфатами металлов в степени окисления +1 Al2(SO4)3 образует двойные соли типа Me2SO4 Al2(SO4)3 12Н2O. Эти соединения получили название алюминиевых квасцов, которые в твердом состоянии устойчивы, а в растворах диссоциированы на составляющие ионы. Квасцы хорошо растворимы в воде и кристаллизуются из растворов, образуя большие октаэдрические кристаллы.
Гидроксид алюминия получают в виде аморфных осадков. Кристаллический Al(OH)3 можно получить, пропуская СO2 через щелочные растворы алюмината натрия:
2Na[Al(OH)4(H2O)2] + 2СO2 = 2Аl(ОН)3 + 2NaHCO3 + 4Н2O.
Применение. Алюминий - второй (после железа) металл по объему производства и применения в технике. Используют как чистый алюминий, так и его сплавы. Сплав - дюралюминий, содержащий 4% (масс.) Сu, 1,5% Mg, 0,5% Мn, - основной конструкционный материал в самолетостроении. Большое количество алюминия идет на изготовление проводов. Из алюминиевых сплавов был изготовлен первый искусственный спутник Земли. Благодаря высокому сродству к кислороду алюминия возможен процесс алюминотермии (алюмотермии) - способ восстановления металлов из их оксидов при действии алюминия. Алюмотермию используют для лабораторного получения многих металлов (Mn, Cr, V, W и др.), в ряде случаев - в промышленности (получение Sr, Ва и др.)
Из оксида алюминия изготовляют огнеупорную и химически стойкую керамику. В больших количествах выращивают монокристаллы чистого Аl2O3 с добавками примесей (искусственные рубины и сапфиры).
Соединения алюминия входят в состав многих продуктов силикатной промышленности (цемент, фарфор, керамика). Квасцы применяют в кожевенной и в текстильной промышленности. Сульфат алюминия применяют для очистки воды. В основе первого этапа водоочистки используется реакция:
Al2(SO4)3 + 3Ca(HCO3)2 3CaSO4 + 2Аl(ОН)3 + 6СO2 .
Образующиеся хлопья гидроксида алюминия увлекают в осадок различные примеси. Хлорид алюминия и гидроалюминат лития используют в органических синтезах.
Из кристаллогидратов солей алюминия в медицинской практике находят применение алюмокалиевые квасцы KAl(SO4)2 12Н2O и жженые квасцы KAl(SO4)2, которые получают нагреванием алюмокалиевых квасцов при температуре не выше 433 К.