2.1 Физические свойства алюминия.

В виде простого вещества алюминий — серебристо-белый металл (т. пл. 660 °С, т. кип. ~ 2500 °С). Плотность чистого алюминия 2,7 г/см³. Алюминий очень пластичен, его можно прокатывать в фольгу толщиной менее 0,01 мм. Кристаллизуется в гранецентрированной кубической решетке. Обладает высокой электрической проводимостью и теплопроводностью.

Алюминий химически активен; даже в обычных условиях покрывается очень прочной тончайшей (0,00001 мм) оксидной пленкой. Наличие оксидной пленки несколько ослабляет металлический блеск алюминия и определяет его довольно высокую коррозионную стойкость. Процесс образования оксидной пленки называется пассивированием.

Пассивирование (14.2) — процесс образования защитных поверхностных соединений при взаимодействии металла с компонентами среды в процессе анодного растворения. Переход металла в пассивное состояние называется пассивацией, образующийся на его поверхности слой - пассивирующим слоем. Пассивирующие слои тормозят, помимо окисления металлов, также протекание на их поверхности электродных окислительно-восстановительных реакций (10.2).

2.2 Химические свойства алюминия.

Алюминий горит в кислороде лишь при высокой температуре и притом в мелкораздробленном состоянии. Взаимодействие сопровождается большим выделением теплоты (ΔH₂₉₈ = –1676 кДж/моль Аl₂O₃):

4Al + 3O₂ = 2Al₂O₃.

Подобным же образом протекает взаимодействие алюминия с серой:

2Al + 3S = Al₂S₃

С хлором и бромом он реагирует при обычной температуре, а с иодом — при нагревании или в присутствии воды как катализатора:

2Al + 3Cl₂ = 2AlCl₃

При сильном нагревании реагирует с азотом (800°С) и углеродом (2000°С). С водородом непосредственно не взаимодействует:

2Al + N₂ = 2AlN;

4Al + 3C = Al₄C₃.

При 500°С – с фосфором, образуя фосфид алюминия:

Al + P = AlP.

С металлами образует сплавы, которые содержат интерметаллические соединения – алюминиды, например, CuAl₂, CrAl₇, FeAl₃ и др.

Интерметаллиды(14.3) (от лат. inter - между и металл) (интерметаллические соединения) — химические соединения двух или нескольких металлов между собой. Итерметаллиды образуются в результате взаимодействия компонентов при сплавлении, конденсации из пара, а также при реакциях в твердом состоянии вследствие взаимной диффузии (при химико-термической обработке), при распаде пересыщенного твердого раствора одного металла в другом, в результате интенсивной пластической деформации при механическом сплавлении.

Алюминий является p-элементом; электронная конфигурация внешнего уровня ns²np¹; в нормальном состоянии — одновалентный, в возбужденном — трехвалентный. Высшая положительная степень окисления + 3, которую он имеет во всех постоянных соединениях (молекулы планарные, треугольные). При высоких температурах он образует одновалентные соединения.

Алюминий активно восстанавливает многие металлы из оксидов (алюмотермия).

Алюмотермия(14.4) (алюмотермия, от лат. алюминий и греч. therme — тепло, жар) — способ получения металлов, неметаллов (а также сплавов) восстановлением их оксидов металлическим алюминием.

При этом реакция обычно сопровождается выделением большого количества теплоты и повышением температуры до 1200-3000°С. Алюмотермия применяется в производстве марганца, хрома, ванадия, вольфрама, ферросплавов.

Будучи амфотерным (14.1), алюминий растворяется в растворах кислот и щелочей, образуя соответственно катионные и анионные комплексы:

• с кислотами:

2Al + 6H₃O ⁺ + 6H₂O →3H₂ + 2[Al(H₂O)₆]^{3 +} (общий вид)

Легко взаимодействует с разбавленными кислотами, образуя соли:

2Al + 6HCl = 2AlCl₃ + 3H₂;

2Al + 3H₂SO₄ = Al₂(SO₄)₃ + 3H₂;

8Al + 30HNO₃ = 8Al(NO₃)₃ + 3N₂O + 15H₂O

(в качестве продукта восстановления азотной кислоты также может быть азот и нитрат аммония).

С концентрированной азотной и серной кислотами при комнатной температуре не взаимодействует, при нагревании реагирует с образованием соли и продукта восстановления кислоты:

2Al + 6H₂SO₄ = Al₂(SO₄)₃ + 3SO₂ + 6H₂O;

Al + 6HNO₃ = Al(NO₃)₃ + 3NO₂ + 3H₂O.

• со щелочами:

2Al + 6H₂O + 6OH^- →3H₂ + 2[Al(OH)₆]^3–

2Al + 2NaOH + 10H₂O = 2Na[Al(H₂O)₂(OH)₄] + 3H₂

при сплавлении с образованием алюминатов:

2Al + 6KOH = 2KAlO₂ + 2K₂O + 3H₂.

Если механическим путем или амальгамированием снять предохраняющее действие оксидной пленки, то алюминий энергично взаимодействует с водой:

2Al + 6H₂O = 2Al(OH)₃ + 3H₂

Вследствие образования защитной пленки алюминий устойчив в очень разбавленной азотной кислоте и концентрированных растворах азотной и серной кислотах на холоде.

Склонность к пассивированию (14.2) позволяет повысить коррозионную стойкость алюминия обработкой его поверхности соответствующими окислителями (10.4) (конц. HNO₃, K₂Cr₂O₇) или анодным окислением. При этом толщина защитной пленки возрастает. Устойчивость алюминия позволяет использовать его для изготовления емкостей, хранения и транспортировки азотной кислоты.