III группа главная подгруппа периодической таблицы Менделеева (Алюминий)

Общая характеристика алюминия

Алюминий – лёгкий серебристо-белый металл, легко поддающийся формовке, литью, механической обработке. Обладает высокой тепло- и электропроводностью.

Аl — довольно активный металл, однако при обычных условиях ведет себя инертно — имеет высокую температуру воспламенения, со многими веществами реагирует только при высокой температуре;

Все реакции с участием Al проходят через первоначальный замедленный период из-за наличия на его поверхности очень тонкой, прочной, газо- и водонепроницаемой пленки Al2O3. При нарушении цельности этой пленки AI реагирует со многими веществами как активный восстановитель.

Алюминий расположен в главной подгруппе III группы, в третьем периоде периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева.

Электронная конфигурация алюминия:

Алюминий_электронная конфигурация

Нахождение алюминия в природе

Алюминий — самый распространенный металл в природе, и 3-й по распространенности среди всех элементов (после кислорода и кремния).

Содержание в земной коре  — примерно 8,6 %.

В природе алюминий встречается в виде соединений:

  • Бокситы — Al2O3 · H2O (с примесями SiO2, Fe2O3, CaCO3)
  • Нефелины — KNa3[AlSiO4]4
  • Алуниты — (Na,K)2SO4·Al2(SO4)3·4Al(OH)3
  • Глинозёмы (смеси каолинов с песком SiO2, известняком CaCO3, магнезитом MgCO3)
  • Корунд (сапфир, рубин, наждак) — Al2O3
  • Полевые шпаты — (K,Na)2O·Al2O3·6SiO2, Ca[Al2Si2O8]
  • Каолинит — Al2O3·2SiO2 · 2H2O
  • Берилл (изумруд, аквамарин) — 3ВеО · Al2О3 · 6SiO2
  • Хризоберилл (александрит) — BeAl2O4.
Алюминий_нахождение в природе

Способы получения алюминия

Промышленный способ:

Электролиз Al2O3 в расплавленном криолите (Na3AlF6)

Алюминий получают электролизом Al2O3 в расплавленном криолите (Na3AlF6) при температуре 960–970°С:

2Al2O3 → 4Al + 3O2

Процесс электролиза можно представить так:

Al2O3 → Al3+ + AlO33-

На катоде происходит восстановление ионов алюминия, а на аноде — окисление алюминат-ионов:

К: Al3+ +3e → Al0

А: 4AlO33- — 12e → 2Al2O3 + 3O2

Лабораторный способ:

Вакуумтермический способ

Восстановление безводного хлорида алюминия металлическим калием (при нагревании и без доступа воздуха)

AlCl3 + ЗК = Al + 3KCl

Химические свойства алюминия

Качественные реакции

  • Соли алюминия можно обнаружить с помощью водного раствора аммиака. При этом выпадает полупрозрачный белый осадок гидроксида алюминия:

AlCl3 + 3NH3·H2O = Al(OH)3↓ + 3NH4Cl

  • Качественной является реакция взаимодействия солей алюминия с недостатком щелочей. При этом образуется белый аморфный осадок гидроксида алюминия:

AlCl3 + 3NaOH → Al(OH)3+ 3NaCl

При дальнейшем добавлении щелочи осадок гидроксида алюминия растворяется с образованием комплексного соединения тетрагидроксоалюмината:

Al(OH)3 + NaOH = Na[Al(OH)4]

Обратите внимание, если изначально поместить соль алюминия в избыток раствора щелочи, то сразу образуется растворимый тетрагидроксоалюминат:

AlCl3 + 4NaOH = Na[Al(OH)4] + 3NaCl

Видео Взаимодействие алюминия с раствором аммиака

Взаимодействие с простыми веществами – неметаллами

С кислородом

С кислородом взаимодействуют с образованием прочной оксидной пленки — оксида.

При нагревании сгорает с выделением большого количества теплоты (экзотермическая реакция):

4Al + 3O2 → 2Al2O+ Q

При этом может развиваться температура до 35000С.

С галогенами (F, Cl, Br, I)

Реагирует сгалогенами с образованием галогенидов:

2Al + 3I2 → 2AlI3

С водородом

C водородом алюминий непосредственно не соединяется

С серой и фосфором

Взаимодействует с серой при нагревании до 150 -2000С с образованием сульфида:

2Al + 3S  → Al2S3

С фосфором образует фосфид:

Al + P → AlP

С азотом

С азотом взаимодействует при нагревании до 1000оС с образованием нитрида:

2Al + N2 → 2AlN

С углеродом

С углеродом взаимодействует при нагревании примерно до 2000оС с образованием карбида:

4Al + 3С  → Al4С3

Взаимодействие со сложными веществами

С водой

Алюминий покрыт стойкой защитной оксидной пленкой Al2O3, которая защищает алюминий от дальнейшего окисления и действия воды.

При снятии защитной пленки алюминий бурно реагирует с водой с образованием гидроксида алюминия и водорода:

2Al + 6H2O → 2Al(OH)3 +3H2

Оксидную пленку можно удалить с помощью растворов щелочи, хлорида аммония или солей ртути (амальгирование)

С кислотами

  • С растворами кислот-неокислителей (HCl, H2SO4, H3PO4) взаимодействуют с образованием соли и выделением водорода:
    2Al + 6HCl →2AlCl3 + 3H2
  • С кислотами-окислителями (HNO3 и конц. H2SO4):

Алюминий не реагирует с концентрированными азотной и серной кислотами из-за пассивации.

Однако, при нагревании реакции протекают довольно активно:

Al + 6HNO3(конц.) = Al(NO3)3 + 3NO2↑ + 3H2O

8Al + 15H2SO4(конц.) = 4Al2(SO4)3 + 3H2S↑ + 12Н2O

С разбавленной азотной кислотой взаимодействует при обычной Т медленно при нагревании — быстро:

10Al + 36HNO3 (разб) → 3N2 + 10Al(NO3)3 + 18H2O

8Al + 30HNO3 (оч.разб) = 8Al(NO3)3 + 3NH4NO3 + 9H2O

С щелочами

Алюминий взаимодействует с щелочами. При взаимодействии алюминия с раствором щелочи образуется тетрагидроксоалюминат и водород:

2Al + 2NaOH + 6H2O → 2Na[Al(OH)4] + 3H

Алюминий реагирует с расплавом щелочи с образованием алюмината и водорода:

2Al + 6NaOH → NaAlO2 + 3H2↑ + Na2O

С солями

При нагревании реагирует с растворами солей менее активных металлов:

2Al + 3CuCl2 → 2AlCl3 + 3Cu

Al + FeCl3 →  AlCl3 + Fe

С оксидами

Алюминий при нагревании восстанавливает менее активные металлы из их оксидов:

Fe2O3 + 2Al → 2Fe + Al2O3

Cr2O3 + 2Al → 2Cr + Al2O3

Этот метод широко используется при получении металлов и называется алюмотермией.

Видео Горение алюминия