Алуминиум оксид, својства, подготовка, хемиски реакции. Алуминиум. Алуминиумски врски. Амфотерична природа на својствата на алуминиум оксид и алуминиум хидроксид Алуминиум оксид

Алуминиум оксид - Al2O3. Физички својства: Алуминиум оксидот е бел аморфен прав или многу тврди бели кристали. Молекуларна тежина = 101,96, густина – 3,97 g/cm3, точка на топење – 2053 °C, точка на вриење – 3000 °C.

Хемиски својства:Алуминиум оксидот покажува амфотерични својства - својствата на киселите оксиди и базичните оксиди и реагира и со киселини и со бази. Кристалниот Al2O3 е хемиски пасивен, аморфниот е поактивен. Од интеракцијата со раствори на киселини се добиваат просечни алуминиумски соли, а со раствори на бази - сложени соли - метални хидроксиалуминати:

Кога алуминиум оксид се спојува со цврсти метални алкали, се формираат двојни соли - метаалуминати(безводни алуминати):

Алуминиум оксид не комуницира со вода и не се раствора во неа.

Потврда:Алуминиум оксидот се добива со методот на редукција на металите со алуминиум од нивните оксиди: хром, молибден, волфрам, ванадиум итн. металотермија, отворени Бекетов:

Апликација:Алуминиум оксид се користи за производство на алуминиум, во форма на прав - за огноотпорни, хемиски отпорни и абразивни материјали, во форма на кристали - за производство на ласери и синтетички скапоцени камења (рубини, сафири, итн.) , обоени со нечистотии на оксиди на други метали - Cr2O3 (црвено), Ti2O3 и Fe2O3 (сино).

Алуминиум хидроксид – A1(OH)3. Физички својства:Алуминиум хидроксид - бел аморфен (како гел) или кристален. Речиси нерастворлив во вода; молекуларна тежина – 78,00, густина – 3,97 g/cm3.

Хемиски својства:типичен амфотеричен хидроксид реагира:

1) со киселини, формирајќи средни соли: Al(OH)3 + 3HNO3 = Al(NO3)3 + 3H2O;

2) со алкални раствори, формирајќи сложени соли - хидроксоалуминати: Al(OH)3 + KOH + 2H2O = K.

Кога Al(OH)3 се спојува со суви алкалии, се формираат метаалуминати: Al(OH)3 + KOH = KAlO2 + 2H2O.

Потврда:

1) од соли на алуминиум под влијание на алкален раствор: AlCl3 + 3NaOH = Al(OH)3 + 3H2O;

2) разложување на алуминиум нитрид со вода: AlN + 3H2O = Al(OH)3 + NH3?;

3) поминување на CO2 низ раствор од хидрокс комплексот: [Al(OH)4]-+ CO2 = Al(OH)3 + HCO3-;

4) дејството на амонијак хидрат на Ал соли; на собна температура се формира Al(OH)3.

62. Општи карактеристики на подгрупата хром

Елементи подгрупи на хромзаземаат средна позиција во серијата преодни метали. Тие имаат високи точки на топење и вриење и празни простори во електронските орбитали. Елементи хромИ молибденимаат нетипична електронска структура - имаат еден електрон во надворешната s-орбитала (како Nb од подгрупата VB). Овие елементи имаат 6 електрони во надворешните d- и s-орбитали, така што сите орбитали се половина исполнети, т.е. секоја има по еден електрон. Имајќи слична електронска конфигурација, елементот е особено стабилен и отпорен на оксидација. Волфрамима посилна метална врска од молибден. Степенот на оксидација на елементите од подгрупата на хром варира многу. Под соодветни услови, сите елементи покажуваат позитивен оксидациски број кој се движи од 2 до 6, при што максималниот број на оксидација одговара на бројот на групата. Не сите оксидациски состојби на елементите се стабилни хромот ја има најстабилната - +3.

Сите елементи го формираат оксидот MVIO3, познати се и оксидите со пониски состојби на оксидација.Сите елементи на оваа подгрупа се амфотерични - тие се формираат комплексни соединенијаи киселини.

Хром, молибденИ волфрамна побарувачката во металургијата и електротехниката. Сите метали што се разгледуваат се покриени со пасивизирачка оксидна фолија кога се складираат во воздух или во средина со оксидирачка киселина. Со отстранување на филмот хемиски или механички, хемиската активност на металите може да се зголеми.

Хром.Елементот се добива од хромитната руда Fe(CrO2)2, редуцирајќи ја со јаглен: Fe(CrO2)2 + 4C = (Fe + 2Cr) + 4CO?.

Чистиот хром се добива со редукција на Cr2O3 со користење на алуминиум или електролиза на раствор кој содржи јони на хром. Со изолирање на хром со помош на електролиза, можно е да се добијат хромирани облоги кои се користат како декоративни и заштитни фолии.

Ферохром се добива од хром, кој се користи во производството на челик.

Молибден.Се добива од сулфидна руда. Неговите соединенија се користат во производството на челик. Самиот метал се добива со намалување на неговиот оксид. Со калцинирање на молибден оксид со железо, може да се добие феромолибден. Се користи за изработка на навои и цевки за намотување печки и електрични контакти. Челикот со додавање на молибден се користи во производството на автомобили.

Волфрам.Добиено од оксид извлечен од збогатена руда. Како средство за намалување се користи алуминиум или водород. Добиениот волфрам во прав последователно се формира под висок притисок и термичка обработка (металургија на прав). Во оваа форма, волфрамот се користи за правење филаменти и се додава во челик.

Како суровини за производство на алуминиум оксид, по правило, се користат боксит, алунит и нефелин. Кога содржината на алуминиум оксид е повеќе од 6-7%, производството се врши со главниот метод - методот Баер, а со помала содржина на супстанцијата се користи методот на синтерување на рудата со вар или сода.

Баеровиот метод е хидрохемиски метод за производство на алумина од боксит. Тоа вклучува обработка на кршен карпи во топчести мелници, а потоа бокситот се третира со алкални раствори на температура од 225-250 °C. Така добиениот состав на натриум алуминат се разредува со воден раствор и се филтрира.

За време на процесот на филтрирање, тињата што содржи алуминиум оксид, чии својства одговараат на стандардните, се подложува на распаѓање во центрифуги. Се ослободува околу ½ од добиениот Al (OH) 3. Се филтрира и калцинира во ротациони печки или во флуидизирано корито на температура од ~ 1200 °C. Резултатот е алумина која содржи 15−60% α-Al 2 O 3 . Апликација овој методви овозможува да го зачувате мајчиниот пијалак за употреба во последователните операции на истекување на боксит.

Методот на синтерување руда со вар или сода функционира на следниов начин: Скршената руда со висока силика (нефелин, итн.) се меша со сода и варовник и се синтерува во ротациони печки на 1250−1300 °C. Добиената маса се измива со воден алкален раствор. Растворот на Na aluminate се одвојува од тињата, потоа се ослободува од SiO 2, таложејќи го во автоклав при притисок од околу 0,6 MPa, а потоа со вар на атмосферски притисока алуминатот се разложува со гас CO 2. Добиениот Al (OH) 3 се одвојува од растворот и се калцинира на температура од околу 1200 °C. При преработка на нефелин, покрај алумина, се добиваат Na 2 CO 3, K 2 CO 3 и цемент.

При производство на алумина од алунити, истовремено се добиваат H 2 SO 4 и K 2 SO 4. Алунитната руда се отпушта на 500−580°C во редуцирачка атмосфера и се обработува со раствор на NaOH според Баеровиот метод.

За производство на керамика со корунд со висока цврстина, се користи алуминиум оксид во прав, добиен со термичко распаѓање на одредени алуминиумски соли, на пример, алуминиум нитрат, стипса на амонијак со различен степен на чистота. Алуминиум оксидот добиен од распаѓањето на солите е високо дисперзиран γ-Al 2 O 3 прав (кога е калциниран до 1200 ° C) и има висока хемиска активност.

За да се добијат ултра-и нанодисперзни прашоци Al 2 O 3, кои се користат во технологијата на структурна и инструментална керамика, методот на ко-таложење на хидроксиди (CHD) и плазма-хемиска синтеза (PCS) стана широко распространет.

Суштината на методот SOG е растворање на соли на алуминиум, на пример, AlCl 3 во раствор на амонијак и последователно таложење на добиените хидрати. Процесот се изведува при ниски температури и долго време на задржување. Добиените хидроксиди се сушат и калцинираат, што резултира со формирање на прашок Al 2 O 3 со големина на честички од 10-100 nm.

Во технологијата PCS, воден раствор на Al (NO 3) 3 се внесува во млазницата на плазма факелот. Во капките на растворот се појавуваат екстремно високи температурни градиенти и се јавува многу брз процес на синтеза и кристализација на Al 2 O 3. Честичките во прав имаат сферична форма и големина од 0,1−1 μm.

Во форма на најчестата алумина, неговата хемиска формула е AL2O3. По изглед, тоа се безбојни кристали, кои почнуваат да се топат на температура од 2044°C, а врие кога ќе достигнат 3530°C.

Во природната средина, единствената стабилна модификација на супстанцијата е корундот, кој има густина од 3,99 g/cm3. Ова е многу тврд примерок, кој припаѓа на деветтото ниво на табелата Мохс. Вредноста на индексот на рефракција е: за обичен зрак - 1,765 и 1,759 за извонреден. Во својата природна средина, алуминиум оксид често содржи различни метални оксиди, затоа, минералот на корунд може да добие различни нијанси на боја. На пример, ова се сафири, рубини и други скапоцени камења. Во оваа форма, алуминиум оксид може да се добие и со лабораториски хемиски методи. За да го направите ова, користете метастабилни форми на Al2O3 и разградете ги термички. Се користи и како извор за производство на алуминиум оксид со лабораториски метод

Стандардната модификација на врската е тетрагонична кристална решетка, што содржи приближно 1-2% вода. Можно е да се добие и алуминиум оксид, аморфен по својата структура - алуминиогел, за кој геловитиот раствор на AL(OH) 3 се дехидрира и супстанцијата се добива во форма на порозна проѕирна маса.

Алуминиум оксидот е целосно нерастворлив во вода, но може добро да се раствори во криолит загреан на висока температура. Супстанцијата е амфотерична. Карактеристично својство на синтетизираниот алуминиум оксид е обратната врска помеѓу температурата на неговото формирање и хемиската активност. И вештачкиот (т.е. добиен на температури над 1200°C) и природниот корунд во обични средини покажуваат речиси стопроцентна хемиска инертност и целосно отсуство на хигроскопност.

Оксидот почнува активно да се развива на температури околу 1000°C, кога почнува интензивно да комуницира со супстанции како што се разни алкалии и карбонати При оваа интеракција се формираат алуминати. Побавно, соединението реагира со SiO2, како и со разни видови кисели троски. Како резултат на овие интеракции, се добиваат алумосиликати.

Алуминиумските гелови и алуминиум оксидот, кои се добиваат со палење на кој било од алуминиумските хидроксиди на температура од најмалку 550°C, имаат многу висока хигроскопност, совршено влегуваат и активно комуницираат со киселински и алкални раствори.

По правило, бокситот, алунитот и нефелинот се користат како суровини за производство на алуминиум оксид. Кога содржината на предметната супстанција е повеќе од 6-7%, производството се врши со главниот метод - методот Баер, а со помала содржина на супстанцијата се користи методот на синтерување на рудата со вар или сода. Баеровиот метод вклучува преработка на дробена карпа во боксит и потоа нивна обработка со алкални раствори на температура од 225-250°C. Така добиениот состав на натриум алуминат се разредува со воден раствор и се филтрира. За време на процесот на филтрирање, тињата што содржи алуминиум оксид, чии својства одговараат на стандардните, се подложува на распаѓање во центрифуги. Оваа технологија овозможува да се добие 50% принос на супстанцијата. Дополнително, употребата на овој метод овозможува да се зачува бокситот за употреба во последователните операции на лужење на боксит.

Типично примен со синтетички методалуминиум оксид се користи како среден материјал за да се добие чист алуминиум. Во индустријата се користи како суровина за производство на огноотпорни материјали, абразивни и керамички алати за сечење. Современи технологииМонокристалите од алуминиум оксид активно се користат во производството на часовници и накит.

Електронската конфигурација на надворешното ниво на алуминиум е ... 3s 2 3p 1.

Во возбудена состојба, еден од s-електроните оди во слободна клетка на p-поднивото, оваа состојба одговара на валентната III и состојбата на оксидација +3.

Во надворешниот електронски слој на алуминиумскиот атом има слободни d-поднивоа. Поради ова, неговиот координативен број во соединенијата може да биде не само 4 ([A1(OH) 4 ] -), туку и 6 – ([A1(OH) 6 ] 3-).

Да се ​​биде во природа

Најзастапен метал во земјината кора, вкупната содржина на алуминиум во земјината кора е 8,8%.

Во природата не се наоѓа во слободна форма.

Најважните природни соединенија се алумосиликатите:

бела глина Al 2 O 3 ∙ 2SiO 2 ∙ 2H 2 O, фелдспат K 2 O ∙ Al 2 O 3 ∙ 6SiO 2, мика K 2 O ∙ Al 2 O 3 ∙ 6SiO 2 ∙ H 2 O

Од другите природни облици на алуминиум, најважни се бокситот A1 2 Oz ∙ nH 2 O, минералите корунд A1 2 Oz и криолитот A1F3 ∙ 3NaF.

Потврда

Во моментов, во индустријата, алуминиумот се произведува со електролиза на алуминиум оксид A1 2 O 3 во стопен криолит.

Процесот на електролиза на крајот се сведува на распаѓање на A1 2 Oz со електрична струја

2А1 2 Oz = 4А1 + 3О 2 (950 0 C, А1Fз ∙3NaF, електрична струја)

Течниот алуминиум се ослободува на катодата:

А1 3+ + 3e-= Ал 0

Кислородот се ослободува на анодата.

Физички својства

Лесен, сребрено-бел, еластичен метал кој добро спроведува струја и топлина.

Во воздухот, алуминиумот е обложен со тенок (0,00001 mm), но многу густ филм од оксид, кој го штити металот од понатамошна оксидација и му дава мат изглед.

Алуминиумот лесно се вовлекува во жица и се тркала во тенки листови. Алуминиумска фолија (дебелина 0,005 mm) се користи во прехранбената и фармацевтската индустрија за пакување производи и лекови.

Хемиски својства

Алуминиумот е многу активен метал, малку инфериорен во активноста на елементите од раниот период - натриум и магнезиум.

1. алуминиумот лесно се комбинира со кислород на собна температура, а на површината на алуминиумот се формира оксидна фолија (слој A1 2 O 3). Овој филм е многу тенок (≈ 10 -5 mm), но издржлив. Го штити алуминиумот од понатамошна оксидација и затоа се нарекува заштитна фолија

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

2. при интеракција со халогени се формираат халиди:

интеракцијата со хлор и бром се јавува веќе на обични температури, со јод и сулфур - кога се загреваат.

2Al + 3Cl 2 = 2AlCl 3

2Al + 3S= Al 2 S 3

3. На многу високи температури, алуминиумот исто така директно се комбинира со азот и јаглерод.

2Al + N 2 = 2AlN алуминиум нитрид

4Al + 3C = Al 4 C 3 алуминиум карбид

Алуминиумот не комуницира со водородот.

4. Алуминиумот е доста отпорен на вода. Но, ако заштитниот ефект на оксидниот филм се отстрани механички или со спојување, се јавува енергична реакција:

2Al + 6H 2 O = 2Al(OH) 3 + 3H 2

5. интеракција на алуминиум со киселини

Со дисаг. алуминиумот реагира со киселини (HCl, H 2 SO 4) за да формира водород.

2Al + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2

На студ, алуминиумот не реагира со концентрирана сулфурна и азотна киселина.

Во интеракција со конц. сулфурна киселина кога се загрева

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

Алуминиумот реагира со разредена азотна киселина за да формира NO

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

6. интеракција на алуминиум со алкалии

Алуминиумот, како и другите метали кои формираат амфотерни оксиди и хидроксиди, реагираат со алкални раствори.

Алуминиумот во нормални услови, како што е веќе забележано, е покриен со заштитна фолија A1 2 O 3. Кога алуминиумот е изложен на водени раствори на алкалии, слојот од алуминиум оксид A1 2 O 3 се раствора и се формираат алуминати - соли кои содржат алуминиум како дел од анјонот:

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

Алуминиумот, без заштитна фолија, комуницира со вода, поместувајќи го водородот од него

2Al + 6H 2 O = 2Al (OH) 3 + 3H 2

Добиениот алуминиум хидроксид реагира со вишок алкали, формирајќи тетрахидроксоалуминат

Al(OH) 3 + NaOH = Na

Целокупната равенка за растворање на алуминиум во воден алкален раствор:

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

Алуминиум оксид A1 2 O 3

Бело цврсто, нерастворливо во вода, точка на топење 2050 0 C.

Природен А1 2 О 3 - минерален корунд. Транспарентните обоени кристали од корунд - црвен рубин - содржат мешавина од хром - и син сафир - мешавина од титаниум и железо - скапоцени камења. Тие исто така се добиваат вештачки и се користат за технички цели, на пример, за производство на делови за прецизни инструменти, камења за часовници итн.

Хемиски својства

Алуминиум оксидот покажува амфотерични својства

1. интеракција со киселини

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

2. интеракција со алкали

A1 2 O 3 + 2NaOH - 2NaAlO 2 + H 2 O

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

3. Кога ќе се загрее мешавина од оксидот на соодветниот метал со алуминиумски прав, доаѓа до бурна реакција, што доведува до ослободување на слободен метал од земениот оксид. Методот на редукција со помош на Al (алуминотермија) често се користи за да се добијат голем број елементи (Cr, Mn, V, W итн.) во слободна состојба

2A1 + WO 3 = A1 2 Oz + W

4. интеракција со соли кои имаат високоалкална средина поради хидролиза

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

Алуминиум хидроксид A1(OH) 3

A1(OH) 3 е обемен желатинозен талог бело, практично нерастворлив во вода, но лесно растворлив во киселини и силни алкалии. Затоа има амфотеричен карактер.

Алуминиум хидроксид се добива со размена на растворливи алуминиумски соли со алкалии

AlCl 3 + 3NaOH = Al(OH) 3 ↓ + 3NaCl

Al 3+ + 3OH - = Al(OH) 3 ↓

Оваа реакција може да се користи како квалитативна реакција за јонот Al 3+

Хемиски својства

1. интеракција со киселини

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

2. при интеракција со силни алкалии се формираат соодветните алуминати:

NaOH + A1(OH)3 = Na

3. термичко разложување

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

Алуминиумски солиподлежат на хидролиза со катјон, медиумот е кисел (рН< 7)

Al 3+ + H + OH - ↔ AlOH 2+ + H +

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

Растворливите алуминиумски соли и слабите киселини се подложени на целосна (неповратна хидролиза)

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

Примена во медицината и националната економијаалуминиум и неговите соединенија.

Леснотијата на алуминиумот и неговите легури и поголемата отпорност на воздух и вода ја одредуваат нивната употреба во машинското инженерство и конструкцијата на авиони. Во својата чиста метална форма, алуминиумот се користи за производство на електрични жици.

Алуминиумска фолија (дебелина 0,005 mm) се користи во прехранбената и фармацевтската индустрија за пакување производи и лекови.

Алуминиум оксид Al 2 O 3 - вклучен во некои антациди (на пример, Алмагел), кој се користи за зголемена киселост на гастричниот сок.

KAl(SO 4) 3 12H 2 O - калиумова стипса се користи во медицината за третман на кожни болести, како хемостатско средство. Се користи и како танин во кожарската индустрија.

(CH 3 COO) 3 Ал - Буровова течност - 8% раствор на алуминиум ацетат има адстрингентно и антиинфламаторно дејство, а во високи концентрации има умерени антисептички својства. Се користи во разредена форма за плакнење, лосиони и за инфламаторни заболувања на кожата и мукозните мембрани.

AlCl 3 - се користи како катализатор во органската синтеза.

Al 2 (SO 4) 3 · 18 H 2 0 – се користи за прочистување на водата.

Контролни прашањада обезбеди:

1. Наведете ја највисоката валентна оксидациска состојба на елементите од групата III А. Објасни во однос на атомската структура.

2.Наведете ги најважните соединенија на бор. Која е квалитативната реакција на боратен јон?

3. Што Хемиски својствадали има алуминиум оксид и хидроксид?

Задолжително

Пустовалова Л.М., Никанорова И.Е. . Неорганска хемија. Ростов-на-Дон. Феникс. 2005. –352 стр. Гл. 2,1 стр. 283-294

Дополнителни

1. Ахметов Н.С. Општа и неорганска хемија. М.: Виша школа, 2009.- 368 стр.

2. Глинка Н.Л. Општа хемија. KnoRus, 2009.-436 стр.

3. Ерохин Ју.М. Хемија. Учебник за ученици. Професионална образовна средина - М.: Академија, 2006. - 384 стр.

Електронски ресурси

1. Отворена хемија: комплетен интерактивен курс по хемија за училишта, ликеј, гимназии, колеџи, студенти. технички универзитети: верзија 2.5-M.: Physikon, 2006. CD-ROM со електронски оптички диск

2. .1C: Тутор - Хемија, за апликанти, средношколци и наставници, АД „1Ц“, 1998-2005 година. CD-ROM со електронски оптички диск

3. Хемија. Основи на теоретска хемија. [Електронски ресурс]. URL: http://chemistry.narod.ru/himiya/default.html

4. Дигитална библиотека едукативни материјалипо хемија [Електронски ресурс]. URL: http://www.chem.msu.su/rus/elibrary/