Тема № 14

Алюминий и его соединения.

Ключевые слова и понятия

14.1 Амфотерность

14.2 Пассивирование

14.3 Интерметаллиды

14.4 Алюмотермия

Входная информация

Приступая к изучению данной темы, Вам необходимо восстановить в памяти (или восполнить) знания из прошлых периодов обучения:

• из курса средней школы: значение понятий: атом, электронная формула элемента, металлические свойства, кислотные и основные свойства соединений, период, группа и подгруппа в периодической системе.

• из курса «Химия» для студентов технических специальностей: значение понятий: энергия ионизации, p-элементы.

Структура темы:

1. Общая характеристика подгруппы алюминия.

2. Общая характеристика алюминия. Распространение в природе.

   1. Физические свойства алюминия

   2. Химические свойства алюминия

   3. Получение и применение алюминия

3. Соединения алюминия.

   1. Оксид алюминия

   2. Гидроксид алюминия

   3. Соли алюминия. Алюминаты.

4. Применения алюминия и его соединений.

1. Общая характеристика подгруппы алюминия.

К p-элементам III группы (2.3) относятся типические элементы — бор и алюминий — и элементы подгруппы галлия — галлий, индий и таллий:

В ls²2s²2p¹

Al 2s²2p⁶3s²3p¹

Ga 3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p¹

In 4s²4p⁶4d¹⁰5s²5p¹

Tl 4s²4p⁶4d¹⁰4f¹⁴5s²5p⁶5d¹⁰6s²6p¹

Некоторые константы этих элементов приведены ниже:

Атомная масса	4В	13Al	3IGa	49In	81Tl
	10,81	26,98	69,72	114,82	204,37
Валентные электроны	2s22p1	3s23p1	4s24p1	5s25p1	6s26p1
Атомный радиус, нм металлический	0,097	0,143	0,139	0,166	0,171
Атомный радиус, нм ковалентный	0,088	0,126	0,127	0,144	0,147
Условный радиус иона, Э3 + , нм	0,020	0,057	0,062	0,092	0,105
Энергия ионизации Э°→ Э + , эВ	8,298	5,986	5,998	5,786	6,11
Содержание в земной коре, % (мол. доли)	6∙10-4	6,6	4∙10-4	1,5∙10-6	3∙10-5

Как видно из приведенных данных, с увеличением атомного номера элементов энергия ионизации (2.7) атомов уменьшается: бор — неметаллический, таллий — металлический элемент.

2. Общая характеристика алюминия.

А люминий — от латинского alumeu-галуны (квасцы) — основной представитель металлов главной подгруппы III группы периодической системы. Атом (1.3) алюминия больше по размеру, чем атом бора, и обладает меньшей энергией ионизации. Следовательно, неметаллические признаки химического элемента алюминия выражены в меньшей степени, чем химического элемента бора. Для алюминия, как и для бора, наиболее характерна степень окисления + 3. Отрицательная степень окисления алюминия проявляется еще реже. Для алюминия (III) наиболее характерны координационные числа 6 и 4. Алюминий — типичный амфотерный элемент.

Амфотерность (14.1) (от греч. amphoteros-и тот и другой), — способность химического соединения проявлять кислотные или основные свойства в зависимости от природы второго компонента, участвующего в кислотно-основном взаимодействии. Одно и то же вещество, реагируя с сильной кислотой, имеет тенденцию проявлять основные свойства, а при реакции с сильным основанием - кислотные.

В отличие от бора для него характерны не только анионные, но и катионные комплексы.

По распространенности на Земле алюминий занимает третье место (после O, Si), состоит из одного стабильного изотопа ¹³Аl. Алюминий находится в земной коре (около 8,8%) главным образом в виде соединений с кислородом. Важным минералом для получения алюминия является боксит Аl₂O₃∙nН₂O; встречается в природе минерал корунд Аl₂О₃. Способность алюминия давать анионные комплексы определяет нахождение алюминия в виде алюмосиликатов.

В алюмосиликатах сосредоточена основная масса алюминия земной коры. Распространенным продуктом разрушения горных пород является каолин, состоящий в основном из глинистого минерала каолинита: Al₂O₃∙2SiO₂∙2H₂O. Важнейшее промышленное значение имеет минерал криолит Na₃AlF₆.

Важнейшие естественные соединения алюминия:

• бокситы: Al₂O₃∙nH₂O;

• корунд: Al₂O₃,

• криолит: Na₃Al₆

• нефелин: (K,Na)₂О∙Al₂O₃∙2H₂O

• слюда: Ca∙Al₂O₃∙2Si₂

• мусковит (прозрачная слюда): K₂O∙Al₂O₃∙6Si₂∙2H₂O

• полевые шпаты: альбит — Na₂O∙Al₂O₃∙6Si₂;

• ортоклаз – K₂O∙Al₂O₃∙6Si₂