МЕТАЛЛЫ

 

ПОДГРУППА АЛЮМИНИЯ

 

Свойства элементов подгруппы алюминия

 

Атомный
номер

Название

Электронная
конфигурация

 

r
г/см3

tпл.
C

tкип.
C

ЭО

ПИ
эВ

Атомный
радиус,
нм

Степень
окисления

5

Бор B

[He] 2s22p1

2,35

2300

2550

2,0

8,3

0,095

+3

13

Алюминий Al

[Ne] 3s23p1

2,70

660

2467

1,47

6,0

0,143

+3

31

Галлий Ga

[Ar] 3d10 4s24p1

5,91

30

2227

1,6

6,0

0,122

+3

49

Индий In

[Kr] 4d10 5s2 5p1

7,30

156

2047

1.7

5,8

0,162

+1,+2,+3

81

Таллий Tl

[Xe]4f145d106s26p1

11,85

303

1457

1,8

6,1

0,167

+1,+3

 

Физические свойства

 

1.      С увеличением атомной массы усиливается металлический характер элементов (В √ неметалл; остальные √ металлы).

2.      Бор значительно отличается по свойствам от других элементов (высокие т.пл., т.кип., твердость; инертность). Остальные элементы √ легкоплавкие металлы, In и Tl - очень мягкие.

 

Химические свойства

 

1.      Все элементы трехвалентны, но с повышением атомной массы приобретает значение валентность, равная единице (Tl в основном одновалентен).

2.      Основность гидроксидов R(OH)3 возрастает с увеличением атомной массы (H3BO3 - слабая кислота, Al(OH)3 и Ga(OH)3 - амфотерные основания, ln(OH)3 и Tl(OH)3 -типичные основания, TlOH - сильное основание).

3.      Металлы подгруппы алюминия (Al, Ga, In, Tl) химически достаточно активны (реагируют с кислотами, щелочами (Al, Ga), галогенами).

4.      Соли элементов подгруппы алюминия в большинстве случаев подвергаются гидролизу по катиону. Устойчивы лишь соли одновалентного таллия.

5.      Al и Ga защищены тонкой оксидной пленкой; Tl разрушается при действии влажного воздуха, (хранят в керосине).

 

Алюминий

 

Al

Открыт Х.К.Эрстедом в 1825 г.

Четвертый по распространённости элемент в земной коре.

 

Физические свойства

 

Серебристо-белый металл, (r=2,7 г/см3), пластичный, высокая тепло- и электропроводность.
tпл.= 660C.

 

Нахождение в природе

 

Бокситы √ Al2O3 H2O (с примесями SiO2, Fe2O3, CaCO3),
нефелины √
KNa3[AlSiO4]4,
алуниты -
KAl(SO4)2 2Al(OH)3 и
глиноземы (смеси каолинов с песком
SiO2, известняком CaCO3, магнезитом MgCO3).

 

Получение

 

Электролиз расплава Al2O3 (в присутствии криолита Na3[AlF6]):

 

2Al2O3 ═ 4Al + 3O2

 

Химические свойства

 

Al √ покрыт тонкой и прочной оксидной пленкой (не реагирует с простыми веществами: с H2O (t); O2, HNO3 (без нагревания)).

Al √ активный металл-восстановитель.

 

Легко реагирует с простыми веществами:

 

1)     С кислородом:

4Al0 + 3O2 2Al+32O3

 

2)     С галогенами:

2Al0 + 3Br20 2Al+3Br3

 

3)     С другими неметаллами (азотом, серой, углеродом) реагирует при нагревании:

 

2Al0 + 3S═ √tAl2+3S3(сульфид алюминия)

2Al0 + N2═ √t2Al+3N(нитрид алюминия)

4Al0 + 3С Al4+3С3(карбид алюминия)

 

Сульфид и карбид алюминия полностью гидролизуются:

 

Al2S3 + 6H2O 2Al(OH)3¯ + 3H2S

Al4C3 + 12H2O 4Al(OH)3¯+ 3CH4

 

Со сложными веществами:

 

4)     С водой (после удаления защитной оксидной пленки):

 

2Al0 + 6H2O 2Al+3(OH)3 + 3H2

 

5)     Со щелочами:

 

2Al0 + 2NaOH + 6H2O 2Na[Al+3(OH)4](тетрагидроксоалюминат натрия) + 3H2

 

6)     Легко растворяется в соляной и разбавленной серной киcлотах:

 

2Al + 6HCl 2AlCl3 + 3H2

2Al + 3H2SO4(разб) Al2(SO4)3 + 3H2

 

При нагревании растворяется в кислотах - окислителях:

 

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

Al + 6HNO3(конц) Al(NO3)3 + 3NO2 + 3H2O

 

7)     Восстанавливает металлы из их оксидов (алюминотермия):

 

8Al0 + 3Fe3O4 ═ 4Al2O3 + 9Fe

2Al + Cr2O3 Al2O3 + 2Cr

 

Применение

 

Основа легких и прочных сплавов. Раскислитель стали. Используется для получения ряда металлов алюминотермией.

 

Оксид алюминия

 

Al2O3

O=Al√O√Al=O

 

Глинозем, корунд, окрашенный √ рубин (красный), сапфир (синий).

Твердое тугоплавкое (tпл.=2050С) вещество; существует в нескольких кристаллических модификациях (a Al2O3, g Al2O3).

 

Получение

 

4Al + 3O2 2Al2O3

2Al(OH)3 Al2O3 + 3H2O

 

Амфотерный оксид с преобладанием основных свойств; с водой не реагирует.

 

1)     Реагирует с кислотами и растворами щелочей:

Как основной оксид:

Al2O3 + 6HCl 2AlCl3 + 3H2O

Как кислотный оксид:

Al2O3 + 2NaOH + 3H2O 2Na[Al(OH)4]

 

2)     Сплавляется со щелочами или карбонатами щелочных металлов:

 

Al2O3 + Na2CO3 2NaAlO2(алюминат натрия) + CO2

Al2O3 + 2NaOH 2NaAlO2 + H2O

 

Гидроксид алюминия

 

Al(OH)3

 

Получение

 

1)     Осаждением из растворов солей щелочами или гидроксидом аммония:

 

AlCl3 + 3NaOH Al(OH)3¯ + 3NaCl

Al2(SO4)3 + 6NH4OH 2Al(OH)3¯ + 3(NH4)2SO4

Al3+ + 3OH- Al(OH)3¯(белый студенистый)

 

2)     Слабым подкислением растворов алюминатов:

 

Na[Al(OH)4] + CO2 Al(OH)3¯ + NaHCO3

 

Амфотерный гидроксид:

 

Как основание Al(OH)3 + 3HCl AlCl3 + 3H2O

Как кислота Al(OH)3 + NaOH Na[Al(OH)4](тетрагидроксоалюминат натрия)

 

 

НАЗАД

МЕНЮ

ВПЕРЕД