Aluminijev oksid, svojstva, dobivanje, kemijske reakcije. Aluminij. Aluminijski priključci. Amfoterna priroda svojstava aluminijevog oksida i aluminijevog hidroksida Aluminijev oksid

Aluminijev oksid – Al2O3. Fizička svojstva: Aluminijev oksid je bijeli amorfni prah ili vrlo tvrdi bijeli kristali. Molekulska masa = 101,96, gustoća – 3,97 g/cm3, talište – 2053 °C, vrelište – 3000 °C.

Kemijska svojstva: Aluminijev oksid pokazuje amfoterna svojstva - svojstva kiselih oksida i bazičnih oksida i reagira i s kiselinama i s bazama. Kristalni Al2O3 je kemijski pasivan, amorfni je aktivniji. Interakcija s otopinama kiselina daje srednje aluminijeve soli, a s otopinama baza - kompleksne soli - metalni hidroksialuminati:

Kada se aluminijev oksid stopi s krutim metalnim alkalijama, nastaju dvostruke soli - metaaluminati(bezvodni aluminati):

Aluminijev oksid ne stupa u interakciju s vodom i ne otapa se u njoj.

Priznanica: Aluminijev oksid se proizvodi metodom redukcije metala aluminijem iz njihovih oksida: kroma, molibdena, volframa, vanadija itd. – metalotermija, otvoren Beketov:

Primjena: Aluminijev oksid koristi se za proizvodnju aluminija, u obliku praha - za vatrootporne, kemijski otporne i abrazivne materijale, u obliku kristala - za proizvodnju lasera i sintetskog dragog kamenja (rubina, safira i dr.) , obojen nečistoćama oksida drugih metala - Cr2O3 (crveno), Ti2O3 i Fe2O3 (plavo).

Aluminijev hidroksid – A1(OH)3. Fizička svojstva: Aluminijev hidroksid – bijeli amorfni (gelasti) ili kristalni. Gotovo netopljiv u vodi; molekularna težina – 78,00, gustoća – 3,97 g/cm3.

Kemijska svojstva: tipični amfoterni hidroksid reagira:

1) s kiselinama, tvoreći srednje soli: Al(OH)3 + 3HNO3 = Al(NO3)3 + 3H2O;

2) s otopinama alkalija, tvoreći kompleksne soli - hidroksoaluminate: Al(OH)3 + KOH + 2H2O = K.

Pri spajanju Al(OH)3 sa suhim alkalijama nastaju metaaluminati: Al(OH)3 + KOH = KAlO2 + 2H2O.

Priznanica:

1) iz aluminijevih soli pod utjecajem otopine alkalija: AlCl3 + 3NaOH = Al(OH)3 + 3H2O;

2) razgradnja aluminijevog nitrida s vodom: AlN + 3H2O = Al(OH)3 + NH3?;

3) propuštanje CO2 kroz otopinu hidrokso kompleksa: [Al(OH)4]-+ CO2 = Al(OH)3 + HCO3-;

4) djelovanje amonijak hidrata na Al soli; na sobnoj temperaturi nastaje Al(OH)3.

62. Opće karakteristike podskupine kroma

Elementi podskupine kroma zauzimaju srednji položaj u nizu prijelaznih metala. Imaju visoka tališta i vrelišta i prazne prostore u elektronskim orbitalama. Elementi krom I molibden imaju atipičnu elektronsku strukturu – imaju jedan elektron u vanjskoj s-orbitali (kao Nb iz VB podskupine). Ovi elementi imaju 6 elektrona u vanjskim d- i s-orbitalama, tako da su sve orbitale polupopunjene, tj. svaka ima po jedan elektron. Imajući sličnu elektroničku konfiguraciju, element je posebno stabilan i otporan na oksidaciju. Volfram ima jaču metalnu vezu od molibden. Stupanj oksidacije elemenata podskupine kroma jako varira. Pod odgovarajućim uvjetima, svi elementi pokazuju pozitivan oksidacijski broj u rasponu od 2 do 6, pri čemu najveći oksidacijski broj odgovara broju skupine. Nisu sva oksidacijska stanja elemenata stabilna; krom ima najstabilnije - +3.

Svi elementi tvore oksid MVIO3; poznati su i oksidi s nižim oksidacijskim stupnjem. Svi elementi ove podskupine su amfoterni – tvore kompleksni spojevi i kiseline.

Krom, molibden I volfram traženi u metalurgiji i elektrotehnici. Svi metali koji se razmatraju prekriveni su pasivizirajućim oksidnim filmom kada se skladište na zraku ili u oksidirajućem kiselom okruženju. Kemijskim ili mehaničkim uklanjanjem filma može se povećati kemijska aktivnost metala.

Krom. Element se dobiva iz kromitne rude Fe(CrO2)2, redukcijom ugljenom: Fe(CrO2)2 + 4C = (Fe + 2Cr) + 4CO?.

Čisti krom dobiva se redukcijom Cr2O3 pomoću aluminija ili elektrolizom otopine koja sadrži ione kroma. Izoliranjem kroma elektrolizom moguće je dobiti kromove prevlake koje se koriste kao dekorativni i zaštitni filmovi.

Ferokrom se dobiva iz kroma koji se koristi u proizvodnji čelika.

Molibden. Dobiva se iz sulfidne rude. Njegovi spojevi se koriste u proizvodnji čelika. Sam metal dobiva se redukcijom njegovog oksida. Kalciniranjem molibdenovog oksida sa željezom može se dobiti feromolibden. Koristi se za izradu navoja i cijevi za namatanje peći i električnih kontakata. Čelik s dodatkom molibdena koristi se u proizvodnji automobila.

Volfram. Dobiva se iz oksida ekstrahiranog iz obogaćene rude. Kao redukcijsko sredstvo koristi se aluminij ili vodik. Dobiveni prah volframa se zatim formira pod visokim pritiskom i toplinskom obradom (metalurgija praha). U ovom obliku, volfram se koristi za izradu filamenata i dodaje se čeliku.

Kao sirovine za proizvodnju aluminijevog oksida u pravilu se koriste boksit, alunit i nefelin. Kada je sadržaj aluminijevog oksida veći od 6-7%, proizvodnja se provodi glavnom metodom - Bayerovom metodom, a s nižim sadržajem tvari koristi se metoda sinteriranja rude s vapnom ili sodom.

Bayerova metoda je hidrokemijska metoda za proizvodnju glinice iz boksita. Uključuje preradu drobljenog kamena u kuglastim mlinovima, zatim se boksit tretira alkalnim otopinama na temperaturi od 225-250°C. Tako dobiveni sastav natrijevog aluminata se razrijedi s vodenom otopinom i filtrira.

Tijekom procesa filtracije, mulj koji sadrži aluminijev oksid, čija svojstva odgovaraju standardnim, podvrgava se razgradnji u centrifugama. Otpušta se oko ½ nastalog Al (OH) 3 . Filtrira se i kalcinira u rotirajućim pećima ili u fluidiziranom sloju na temperaturi od ~ 1200 °C. Rezultat je glinica koja sadrži 15-60% α-Al 2 O 3 . Primjena ovu metodu omogućuje vam da sačuvate matičnu tekućinu za korištenje u kasnijim operacijama ispiranja boksita.

Metoda sinteriranja rude s vapnom ili sodom djeluje na sljedeći način: drobljena ruda s visokim sadržajem silicija (nefelin itd.) miješa se sa sodom i vapnencem i sinterira u rotacijskim pećima na 1250−1300 °C. Dobivena masa se ispire vodenom lužnatom otopinom. Otopina Na aluminata se odvaja od mulja, zatim oslobađa od SiO 2, taloži u autoklavu pri tlaku od oko 0,6 MPa, a zatim s vapnom pri atmosferski pritisak i razgraditi aluminat plinom CO2. Nastali Al (OH) 3 se odvoji od otopine i kalcinira na temperaturi od oko 1200 °C. Pri preradi nefelina, osim glinice, dobivaju se Na 2 CO 3, K 2 CO 3 i cement.

Pri proizvodnji glinice iz alunita istodobno se dobivaju H 2 SO 4 i K 2 SO 4 . Alunitna ruda se peče na 500-580°C u redukcijskoj atmosferi i tretira otopinom NaOH prema Bayerovoj metodi.

Za proizvodnju korund keramike visoke čvrstoće koristi se prah aluminijevog oksida, dobiven toplinskim razlaganjem određenih aluminijevih soli, na primjer, aluminijev nitrat, amonijak stipsa različitih stupnjeva čistoće. Aluminijev oksid dobiven razgradnjom soli je visoko dispergirani γ-Al 2 O 3 prah (kada je kalciniran na 1200°C) i ima visoku kemijsku aktivnost.

Za dobivanje ultra- i nanodisperznih prahova Al 2 O 3, koji se koriste u tehnologiji konstrukcijske i instrumentalne keramike, široko je rasprostranjena metoda koprecipitacije hidroksida (CHD) i plazma-kemijske sinteze (PCS).

Bit SOG metode je otapanje aluminijevih soli, na primjer, AlCl3 u otopini amonijaka i naknadno taloženje nastalih hidrata. Proces se provodi na niskim temperaturama i dugim vremenima držanja. Nastali hidroksidi se suše i kalciniraju, što rezultira stvaranjem praha Al 2 O 3 veličine čestica od 10-100 nm.

U PCS tehnologiji, vodena otopina Al (NO 3) 3 dovodi se u mlaznicu plazma plamenika. U kapima otopine nastaju izrazito visoki temperaturni gradijenti, te dolazi do vrlo brzog procesa sinteze i kristalizacije Al 2 O 3 . Čestice praha su sferičnog oblika i veličine 0,1-1 μm.

U obliku najčešće glinice, njegova kemijska formula je AL2O3. Po izgledu su to bezbojni kristali, koji se počinju topiti na temperaturi od 2044°C, a ključaju kada dosegnu 3530°C.

U prirodnom okruženju jedina stabilna modifikacija tvari je korund, čija je gustoća 3,99 g/cm3. Ovo je vrlo tvrd uzorak, koji pripada devetoj razini na Mohsovoj tablici. Vrijednost indeksa loma je: za običnu zraku - 1,765, a za izvanrednu 1,759. U svom prirodnom okruženju, aluminijev oksid često sadrži različite metalne okside, stoga mineral korunda može dobiti različite nijanse boje. Na primjer, to su safiri, rubini i drugi drago kamenje. U tom se obliku aluminijev oksid može dobiti i laboratorijskim kemijskim metodama. Da biste to učinili, koristite metastabilne oblike Al2O3 i termički ih razgradite. Također se koristi kao izvor za proizvodnju aluminijevog oksida laboratorijskom metodom

Standardna modifikacija veze je tetragonska kristalna rešetka, koji sadrži približno 1-2% vode. Također je moguće dobiti aluminijev oksid, amorfan u svojoj strukturi - aluminogel, za koji se gelasta otopina AL(OH) 3 dehidrira i tvar se dobije u obliku porozne prozirne mase.

Aluminijev oksid je potpuno netopljiv u vodi, ali se dobro otapa u kriolitu zagrijanom na visoku temperaturu. Tvar je amfoterna. Karakteristično svojstvo sintetiziranog aluminijevog oksida je obrnuti odnos između temperature njegovog stvaranja i kemijske aktivnosti. I umjetni (odnosno dobiven na temperaturama iznad 1200°C) i prirodni korund u uobičajenim okruženjima pokazuju gotovo stopostotnu kemijsku inertnost i potpunu odsutnost higroskopnosti.

Oksid se počinje aktivno razvijati na temperaturama oko 1000°C, kada počinje intenzivno djelovati s tvarima kao što su razne lužine i karbonati. Tijekom te interakcije nastaju aluminati. Sporije, spoj reagira sa SiO2, kao i raznim vrstama kisele troske. Kao rezultat ovih interakcija nastaju alumosilikati.

Aluminijev gel i aluminijev oksid, koji se dobivaju pečenjem bilo kojeg od aluminijevih hidroksida na temperaturi od najmanje 550°C, imaju vrlo visoku higroskopnost, savršeno ulaze u kisele i alkalne otopine i aktivno djeluju na njih.

Kao sirovine za proizvodnju aluminijevog oksida u pravilu se koriste boksit, alunit i nefelin. Kada je sadržaj dotične tvari veći od 6-7%, proizvodnja se provodi glavnom metodom - Bayerovom metodom, a s manjim sadržajem tvari koristi se metoda sinteriranja rude s vapnom ili sodom. Bayerova metoda uključuje preradu drobljenog kamena u boksit i zatim njegovu obradu alkalnim otopinama na temperaturi od 225-250°C. Tako dobiveni sastav natrijevog aluminata se razrijedi s vodenom otopinom i filtrira. Tijekom procesa filtracije, mulj koji sadrži aluminijev oksid, čija svojstva odgovaraju standardnim, podvrgava se razgradnji u centrifugama. Ova tehnologija omogućuje dobivanje 50% prinosa tvari. Osim toga, korištenje ove metode omogućuje očuvanje boksita za korištenje u kasnijim operacijama ispiranja boksita.

Obično primljeno sintetskom metodom aluminijev oksid se koristi kao međumaterijal za dobivanje čistog aluminija. U industriji se koristi kao sirovina za izradu vatrostalnih materijala, abrazivnih i keramičkih alata za rezanje. Moderne tehnologije Monokristali aluminijeva oksida aktivno se koriste u proizvodnji satova i nakita.

Elektronička konfiguracija vanjske razine aluminija je ... 3s 2 3p 1.

U pobuđenom stanju jedan od s-elektrona odlazi u slobodnu ćeliju p-podrazine; to stanje odgovara valenciji III i oksidacijskom stanju +3.

U vanjskom elektronskom sloju atoma aluminija postoje slobodni d-podrazine. Zbog toga njegov koordinacijski broj u spojevima može biti ne samo 4 ([A1(OH) 4 ] -), već i 6 – ([A1(OH) 6 ] 3-).

Biti u prirodi

Najzastupljeniji metal u zemljinoj kori, ukupni sadržaj aluminija u zemljinoj kori je 8,8%.

U prirodi se ne nalazi u slobodnom obliku.

Najvažniji prirodni spojevi su alumosilikati:

bijela glina Al 2 O 3 ∙ 2SiO 2 ∙ 2H 2 O, feldspat K 2 O ∙ Al 2 O 3 ∙ 6SiO 2, tinjac K 2 O ∙ Al 2 O 3 ∙ 6SiO 2 ∙ H 2 O

Od ostalih prirodnih oblika aluminija najvažniji su boksit A1 2 Oz ∙ nH 2 O, minerali korund A1 2 Oz i kriolit A1F3 ∙ 3NaF.

Priznanica

Trenutno se u industriji aluminij proizvodi elektrolizom aluminijevog oksida A1 2 O 3 u rastaljenom kriolitu.

Proces elektrolize u konačnici se svodi na razgradnju A1 2 Oz pomoću električne struje

2A1 2 Oz = 4A1 + 3O 2 (950 0 C, A1Fz ∙3NaF, električna struja)

Tekući aluminij se oslobađa na katodi:

A1 3+ + 3e-= Al 0

Na anodi se oslobađa kisik.

Fizička svojstva

Lagani, srebrnobijeli, duktilni metal koji dobro provodi struju i toplinu.

Na zraku je aluminij obložen tankim (0,00001 mm), ali vrlo gustim oksidnim filmom, koji štiti metal od daljnje oksidacije i daje mu mat izgled.

Aluminij se lako izvlači u žicu i smota u tanke listove. Aluminijska folija (debljine 0,005 mm) koristi se u prehrambenoj i farmaceutskoj industriji za pakiranje proizvoda i lijekova.

Kemijska svojstva

Aluminij je vrlo aktivan metal, malo inferioran u aktivnosti od elemenata ranog razdoblja - natrija i magnezija.

1. aluminij se lako spaja s kisikom na sobnoj temperaturi, a na površini aluminija nastaje oksidni film (sloj A1 2 O 3 ). Ovaj film je vrlo tanak (≈ 10 -5 mm), ali izdržljiv. Štiti aluminij od daljnje oksidacije i stoga se naziva zaštitnim filmom

4Al + 3O 2 = 2Al 2 O 3

2. interakcijom s halogenima nastaju halogenidi:

interakcija s klorom i bromom javlja se već na uobičajenim temperaturama, s jodom i sumporom - kada se zagrijava.

2Al + 3Cl 2 = 2AlCl 3

2Al + 3S= Al 2 S 3

3. Na vrlo visokim temperaturama, aluminij se također izravno spaja s dušikom i ugljikom.

2Al + N 2 = 2AlN aluminijev nitrid

4Al + 3C = Al 4 C 3 aluminijev karbid

Aluminij ne stupa u interakciju s vodikom.

4. Aluminij je prilično otporan na vodu. Ali ako se zaštitni učinak oksidnog filma ukloni mehanički ili amalgamacijom, dolazi do snažne reakcije:

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

5. interakcija aluminija s kiselinama

S disag. aluminij reagira s kiselinama (HCl, H 2 SO 4) pri čemu nastaje vodik.

2Al + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2

Na hladnoći aluminij ne reagira s koncentriranom sumpornom i dušičnom kiselinom.

Interakcija s konc. sumporna kiselina pri zagrijavanju

8Al + 15H 2 SO 4 = 4Al 2 (SO 4) 3 + 3H 2 S + 12H 2 O

Aluminij reagira s razrijeđenom dušičnom kiselinom i nastaje NO

Al + 4HNO 3 = Al(NO 3) 3 + NO + 2H 2 O

6. interakcija aluminija s alkalijama

Aluminij, kao i drugi metali koji tvore amfoterne okside i hidrokside, reagira s otopinama alkalija.

Aluminij u normalnim uvjetima, kao što je već navedeno, prekriven je zaštitnim filmom A1 2 O 3. Kada je aluminij izložen vodenim otopinama lužina, sloj aluminijevog oksida A1 2 O 3 se otapa i nastaju aluminati - soli koje sadrže aluminij kao dio aniona:

A1 2 O 3 + 2NaOH + 3H 2 O = 2Na

Aluminij, bez zaštitnog filma, stupa u interakciju s vodom, istiskujući vodik iz nje

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

Nastali aluminijev hidroksid reagira s viškom lužine, stvarajući tetrahidroksoaluminat

Al(OH) 3 + NaOH = Na

Ukupna jednadžba za otapanje aluminija u vodenoj otopini lužine:

2Al + 2NaOH + 6H 2 O = 2Na + 3H 2

Aluminijev oksid A1 2 O 3

Bijela krutina, netopljiva u vodi, talište 2050 0 C.

Prirodni A1 2 O 3 - mineralni korund. Prozirno obojeni kristali korunda - crveni rubin - sadrži primjesu kroma - i plavi safir - primjesu titana i željeza - drago kamenje. Također se dobivaju umjetnim putem i koriste u tehničke svrhe, na primjer, za izradu dijelova za precizne instrumente, kamenje za satove itd.

Kemijska svojstva

Aluminijev oksid pokazuje amfoterna svojstva

1. interakcija s kiselinama

A1 2 O 3 + 6HCl = 2AlCl 3 + 3H 2 O

2. interakcija s alkalijama

A1 2 O 3 + 2NaOH – 2NaAlO 2 + H 2 O

Al 2 O 3 + 2NaOH + 5H 2 O = 2Na

3. Zagrijavanjem smjese oksida odgovarajućeg metala s aluminijevim prahom dolazi do burne reakcije koja dovodi do oslobađanja slobodnog metala iz uzetog oksida. Metoda redukcije pomoću Al (aluminotermija) često se koristi za dobivanje niza elemenata (Cr, Mn, V, W, itd.) u slobodnom stanju

2A1 + WO 3 = A1 2 Oz + W

4. interakcija sa solima koje zbog hidrolize imaju visoko alkalnu okolinu

Al 2 O 3 + Na 2 CO 3 = 2 NaAlO 2 + CO 2

Aluminijev hidroksid A1(OH) 3

A1(OH) 3 je voluminozni želatinasti sediment bijela, praktički netopljiv u vodi, ali lako topiv u kiselinama i jakim alkalijama. Stoga ima amfoteran karakter.

Aluminijev hidroksid dobiva se izmjenom topljivih aluminijevih soli s lužinama

AlCl 3 + 3NaOH = Al(OH) 3 ↓ + 3NaCl

Al 3+ + 3OH - = Al(OH) 3 ↓

Ova se reakcija može koristiti kao kvalitativna reakcija za Al 3+ ion

Kemijska svojstva

1. interakcija s kiselinama

Al(OH)3 + 3HCl = 2AlCl3 + 3H2O

2. pri interakciji s jakim alkalijama nastaju odgovarajući aluminati:

NaOH + Al(OH)3 = Na

3. toplinska razgradnja

2Al(OH) 3 = Al 2 O 3 + 3H 2 O

Aluminijeve soli podvrgnuti hidrolizi kationom, medij je kisel (pH< 7)

Al 3+ + H + OH - ↔ AlOH 2+ + H +

Al(NO 3) 3 + H 2 O↔ AlOH (NO 3) 2 + HNO 3

Topljive aluminijeve soli i slabe kiseline podvrgavaju se potpunoj (nepovratnoj hidrolizi)

Al 2 S 3 + 3H 2 O = 2Al(OH) 3 + 3H 2 S

Primjena u medicini i nacionalno gospodarstvo aluminij i njegovi spojevi.

Lakoća aluminija i njegovih legura te veća otpornost na zrak i vodu uvjetuju njihovu primjenu u strojogradnji i proizvodnji zrakoplova. U svom čistom metalnom obliku, aluminij se koristi za izradu električnih žica.

Aluminijska folija (debljine 0,005 mm) koristi se u prehrambenoj i farmaceutskoj industriji za pakiranje proizvoda i lijekova.

Aluminijev oksid Al 2 O 3 - uključen u neke antacide (na primjer, Almagel), koristi se za povećanu kiselost želučanog soka.

KAl(SO 4) 3 12H 2 O - kalijev stipsa koristi se u medicini za liječenje kožnih bolesti, kao hemostatik. Također se koristi kao tanin u industriji kože.

(CH 3 COO) 3 Al - Burovljeva tekućina - 8% otopina aluminijevog acetata djeluje adstrigentno i protuupalno, au visokim koncentracijama ima umjerena antiseptička svojstva. Koristi se u razrijeđenom obliku za ispiranje, losione, te za upalne bolesti kože i sluznice.

AlCl 3 - koristi se kao katalizator u organskoj sintezi.

Al 2 (SO 4) 3 · 18 H 2 0 – koristi se za pročišćavanje vode.

Kontrolna pitanja osigurati:

1. Navedite najviše valentno oksidacijsko stanje elemenata III A skupine. Objasnite strukturu atoma.

2.Navedite najvažnije spojeve bora. Koja je kvalitativna reakcija na boratni ion?

3. Što Kemijska svojstva imaju aluminijev oksid i hidroksid?

Obavezno

Pustovalova L.M., Nikanorova I.E. . Anorganska kemija. Rostov na Donu. Feniks. 2005. –352 str. CH. 2.1 str. 283-294 (prikaz, ostalo).

Dodatni

1. Akhmetov N.S. Opća i anorganska kemija. M.: Viša škola, 2009.- 368 str.

2. Glinka N.L. Opća kemija. KnoRus, 2009.-436 str.

3. Erokhin Yu.M. Kemija. Udžbenik za studente. Stručno obrazovno okruženje - M.: Akademija, 2006. - 384 str.

Elektronički izvori

1. Otvorena kemija: potpuni interaktivni tečaj kemije za škole, gimnazije, gimnazije, fakultete, studente. tehnička sveučilišta: verzija 2.5-M.: Physikon, 2006. Elektronički optički disk CD-ROM

2. .1C: Tutor - Kemija, za kandidate, srednjoškolce i nastavnike, JSC "1C", 1998-2005. Elektronički optički disk CD-ROM

3. Kemija. Osnove teorijske kemije. [Elektronički izvor]. URL: http://chemistry.narod.ru/himiya/default.html

4. Digitalna knjižnica obrazovni materijali in chemistry [Elektronički izvor]. URL: http://www.chem.msu.su/rus/elibrary/