Алюміній. Властивості

З елементів головної підгрупи III групи ми розглянемо лише алюміній як елемент, що має найбільш важливе практичне значення. Алюміній – елемент третього періоду. Заряд ядра атома +13. Електрони розташовуються на трьох енергетичних рівнях: 2, 8, 3. Електронна конфігурація атома алюмінію (1s22s22p63s23р1):

Алюміній належить до сімейства р-елементів.
Валентні електрони алюмінію розташовуються на s-оболонці і р-оболонці зовнішнього електронного шару. Цих електронів зо три, тому алюміній може утворювати трьох валентних зв’язку, що для нього найбільш типово. Єдина ступінь окислення алюмінію, яку він може проявляти, не рахуючи нейтрального стану, дорівнює +3. Таким чином, в окисно-відновних процесах алюміній поводиться як відновник.

■ 73. Чому алюміній відноситься до р-елементів? (Див. Відповідь)
74. Які ступені окислення можливі для алюмінію?
75. Накресліть схему будови Аl + 3.
76. Яке поведінку алюмінію в окисно-відновних реакціях? (Див. Відповідь)

Алюміній Al – сріблясто-білий метал. Його атомна вага 26,98. Щільність алюмінію 2,7, температура плавлення 660 °, температура кипіння +2060 °. Алюміній належить до групи легких металів. Алюміній має високу електропровідність, рівної 0,6 електропровідності міді, тому при більшому перетині алюмінієвих проводів електропровідність їх дорівнює мідним, а вага набагато менше.
Вперше алюміній був отриманий в 1827 р Велером і коштувала дуже дорого, тому що методи його отримання ще не були розроблені і рівень розвитку електротехніки був ще занадто низький для масового отримання цього металу. В даний час це один з найдешевших і широко поширених металів.

За хімічними властивостями алюміній належить до числа досить активних металів, що володіють амфотерньмі властивостями. В ряду активності він займає місце за лужноземельними металами. Але в чистому вигляді як на повітрі, так і у воді він може зберігатися дуже довго, тому що його поверхня з часом покривається тонким і дуже міцним шаром окису, яка охороняє його від окислення.
Для того щоб спостерігати окислення алюмінію на повітрі, необхідно спочатку звільнитися від захисної плівки. Для цього алюміній спочатку протирають наждачним шкіркою, а потім кип’ятять в лугу. Окис алюмінію, як і сам метал, проявляє амфотерні властивості, а тому розчиняється в лугу. Після цього алюміній опускають в розчин якої-небудь солі ртуті, наприклад нітрату ртуті Hg (NO3) 2. Алюміній як більш активний метал витісняє ртуть з її солі:
2Аl + 3Hg (NO3) 2 = 2Al (NO3) 3 + 3Hg
Ртуть відкладається на поверхні алюмінію, утворюючи сплав алюмінію з ртуттю – алюмінієву «амальгаму» (сплави ртуті з металами називаються амальгамою). Такий сплав не здатний утворювати захисну плівку окису, а алюміній в амальгамі поступово окислюється до окису алюмінію з рівняння:
4Аl + 3O2 = 2Аl2O3
Але оскільки амальгама покриває алюміній нерівномірно, окислювання йде місцями і окис алюмінію помітна на поверхні металу у вигляді пухнастої щітки (рис. 80).

Цікаво взаємодія алюмінію з галогенами – з бромом і йодом. Для реакції використовуються порошкоподібний алюміній і рідкий бром, а для реакції з йодом- суміш порошку йоду з алюмінієм (див. § 38). У всіх випадках алюміній поводиться як відновник.
При високій температурі алюміній витісняє деякі метали з їх оксидів. Ця властивість знайшло застосування. Якщо змішати окис заліза з алюмінієвим порошком і підпалити за допомогою магнієвої спалаху, то відбудеться реакція:
Fe2О3 + 2Аl = Аl2O3 + 2Fe.
яка супроводжується виділенням великої кількості тепла. За рахунок цього тепла утворюється вільне залізо плавиться і може бути випущено з тигля, в якому відбувається реакція, через розташоване внизу отвір. Така виплавка металів називається алюминотермии; в техніці вона застосовується дуже широко. Деякі метали можна отримати тільки алюмінотермічеським шляхом. Цей процес був вперше здійснений Н. Н. Бекетовим.

Алюміній є амфотерним металом. У різних умовах він веде себе по-різному. У розчині лугу алюміній витісняє з води водень, утворюючи сіль алюмінієвої кислоти – алюмінат натрію (або калію), в якому він грає роль кислотоутворюючого елемента:
2Аl + 2NaOH + 2Н2O = 2NaAlO2 + 3H2 ↑

З кислоти алюміній витісняє водень:

2Аl + 6НСl = 2АlСl3 + 3H2 ↑
У цьому випадку він проявляє металеві властивості.
Концентровані азотна і сірчана кислоти на алюміній не діють, тому що на його поверхні утворюється захисна плівка, що оберігає метал від подальшого окислення. У розбавленому вигляді азотна кислота на алюміній також не діє, а сірчана діє в слабкому ступені.

■ 77. Перерахуйте хімічні властивості алюмінію і обґрунтуйте свою відповідь рівняннями реакцій. (Див. Відповідь)
78. Чому ртуть називають «алюмінієвим отрутою»?
79. Чому побутові вироби з алюмінію служать тривалий час і не піддаються окисленню?
80. Що таке Алюмінотермія?
81. Суха суміш складається з порошків алюміній, заліза і вугілля. При обробці 6 г цієї суміші соляною кислотою виділилося 4,48 л водню, а при обробці тієї ж кількості суміші розчином їдкого калі – 3,36 л водню. Визначте склад суміші в грамах.
82. Мається 200 г піролюзиту, що містить 87% двоокису марганцю. Скільки алюмінію потрібно для відновлення з нього марганцю алюмінотермічеським шляхом.
83. Як слід обробити алюміній, щоб він окислявся на повітрі?
84. У трьох пробірках знаходяться розбавлені кислоти – соляна, сірчана й азотна. Як, маючи шматочки алюмінію, визначити, в якій пробірці яка кислота?
85. Скільки алюмінату натрію вийде при взаємодії з лугом 27 г алюмінію? (Див. Відповідь)

Посилання на основну публікацію