Oxid de aluminiu, proprietăți, preparare, reacții chimice. Aluminiu. Conexiuni din aluminiu. Natura amfoteră a proprietăților oxidului de aluminiu și hidroxidului de aluminiu Oxid de aluminiu

Oxid de aluminiu – Al2O3. Proprietăți fizice: Oxidul de aluminiu este o pulbere amorfă albă sau cristale albe foarte dure. Greutate moleculară = 101,96, densitate – 3,97 g/cm3, punct de topire – 2053 °C, punct de fierbere – 3000 °C.

Proprietăți chimice: Oxidul de aluminiu prezintă proprietăți amfotere - proprietățile oxizilor acizi și oxizilor bazici și reacționează atât cu acizii, cât și cu bazele. Al2O3 cristalin este pasiv din punct de vedere chimic, amorful este mai activ. Interacțiunea cu soluțiile de acizi dă săruri medii de aluminiu, iar cu soluțiile de baze - săruri complexe - hidroxoaluminați metalici:

Când oxidul de aluminiu este fuzionat cu alcalii metalice solide, se formează săruri duble - metaaluminati(aluminați anhidri):

Oxidul de aluminiu nu interacționează cu apa și nu se dizolvă în ea.

Chitanță: Oxidul de aluminiu este produs prin metoda reducerii metalelor cu aluminiu din oxizii lor: crom, molibden, wolfram, vanadiu etc. metalotermie, deschis Beketov:

Aplicație: Oxidul de aluminiu este utilizat pentru producerea aluminiului, sub formă de pulbere - pentru materiale rezistente la foc, rezistente chimic și abrazive, sub formă de cristale - pentru producerea de lasere și pietre prețioase sintetice (rubini, safire etc.) , colorat cu impurități de oxizi ai altor metale - Cr2O3 (roșu), Ti2O3 și Fe2O3 (albastru).

Hidroxid de aluminiu – A1(OH)3. Proprietăți fizice: Hidroxid de aluminiu – alb amorf (asemănător unui gel) sau cristalin. Aproape insolubil în apă; greutate moleculară – 78,00, densitate – 3,97 g/cm3.

Proprietăți chimice: un hidroxid amfoter tipic reacţionează:

1) cu acizi, formând săruri medii: Al(OH)3 + 3HNO3 = Al(NO3)3 + 3H2O;

2) cu soluții alcaline, formând săruri complexe - hidroxoaluminați: Al(OH)3 + KOH + 2H2O = K.

Când Al(OH)3 este fuzionat cu alcalii uscati, se formează metaaluminați: Al(OH)3 + KOH = KAlO2 + 2H2O.

Chitanță:

1) din săruri de aluminiu sub influența soluției alcaline: AlCl3 + 3NaOH = Al(OH)3 + 3H2O;

2) descompunerea nitrurii de aluminiu cu apă: AlN + 3H2O = Al(OH)3 + NH3?;

3) trecerea CO2 printr-o soluţie a complexului hidroxo: [Al(OH)4]-+ CO2 = Al(OH)3 + HCO3-;

4) acţiunea hidratului de amoniac asupra sărurilor de Al; la temperatura camerei se formează Al(OH)3.

62. Caracteristici generale ale subgrupului de crom

Elemente subgrupuri de crom ocupă o poziţie intermediară în seria metalelor de tranziţie. Au puncte de topire și de fierbere ridicate și spații goale în orbitalii electronilor. Elemente cromȘi molibden au o structură electronică atipică - au un electron în orbitalul s exterior (ca Nb din subgrupul VB). Aceste elemente au 6 electroni în orbitalii d și s exteriori, deci toți orbitalii sunt umpluți pe jumătate, adică fiecare are câte un electron. Având o configurație electronică similară, elementul este deosebit de stabil și rezistent la oxidare. Tungsten are o legătură metalică mai puternică decât molibden. Gradul de oxidare al elementelor din subgrupa cromului variază foarte mult. În condiții adecvate, toate elementele prezintă un număr de oxidare pozitiv variind de la 2 la 6, numărul de oxidare maxim corespunzător numărului de grup. Nu toate stările de oxidare ale elementelor sunt stabile; cromul are cea mai stabilă – +3.

Toate elementele formează oxidul MVIO3 sunt de asemenea cunoscuți oxizi cu stări de oxidare mai mici. Toate elementele acestui subgrup sunt amfotere - se formează compuși complecși si acizi.

Crom, molibdenȘi tungsten la cerere în metalurgie și inginerie electrică. Toate metalele luate în considerare sunt acoperite cu un film de oxid pasiv atunci când sunt depozitate în aer sau într-un mediu acid oxidant. Prin îndepărtarea chimică sau mecanică a peliculei, activitatea chimică a metalelor poate fi crescută.

Crom. Elementul se obține din minereu de cromit Fe(CrO2)2, reducându-l cu cărbune: Fe(CrO2)2 + 4C = (Fe + 2Cr) + 4CO?.

Cromul pur se obține prin reducerea Cr2O3 folosind aluminiu sau electroliza unei soluții care conține ioni de crom. Prin izolarea cromului prin electroliză, este posibil să se obțină acoperiri de crom folosite ca folii decorative și de protecție.

Ferocromul este obținut din crom, care este utilizat în producția de oțel.

Molibden. Obținut din minereu sulfurat. Compușii săi sunt utilizați în producția de oțel. Metalul în sine este obținut prin reducerea oxidului său. Prin calcinarea oxidului de molibden cu fier se poate obține feromolibden. Folosit pentru a face fire și tuburi pentru cuptoare de bobinare și contacte electrice. Oțelul cu adaos de molibden este utilizat în producția de automobile.

Tungsten. Obținut din oxid extras din minereu îmbogățit. Ca agent reducător se utilizează aluminiu sau hidrogen. Pulberea de wolfram rezultată se formează ulterior sub presiune ridicată și tratament termic (metalurgia pulberilor). În această formă, wolfram este folosit pentru a face filamente și adăugat la oțel.

De regulă, bauxita, alunita și nefelina sunt folosite ca materii prime pentru producerea oxidului de aluminiu. Când conținutul de oxid de aluminiu este mai mare de 6-7%, producția se realizează folosind metoda principală - metoda Bayer, iar cu un conținut mai scăzut de substanță, se utilizează metoda de sinterizare a minereului cu var sau sodă.

Metoda Bayer este o metodă hidrochimică de producere a aluminei din bauxită. Presupune prelucrarea rocii concasate în mori cu bile, apoi bauxita este tratată cu soluții alcaline la o temperatură de 225−250°C. Compoziţia de aluminat de sodiu astfel obţinută se diluează cu o soluţie apoasă şi se filtrează.

În timpul procesului de filtrare, nămolul care conține oxid de aluminiu, ale cărui proprietăți corespund celor standard, este supus la descompunere în centrifuge. Aproximativ jumătate din Al (OH)3 rezultat este eliberată. Se filtrează și se calcinează în cuptoare rotative sau într-un pat fluidizat la o temperatură de ~ 1200 °C. Rezultatul este alumină care conține 15-60% α-Al2O3. Aplicație aceasta metoda vă permite să păstrați lichidul mamă pentru a fi utilizat în operațiunile ulterioare de leșiere a bauxitei.

Metoda de sinterizare a minereului cu var sau sodă funcționează după cum urmează: minereul măcinat cu conținut ridicat de silice (nefelină etc.) este amestecat cu sodă și calcar și sinterizat în cuptoare rotative la 1250−1300 °C. Masa rezultată este levigată cu o soluție apoasă alcalină. Soluția de aluminat de Na este separată de nămol, apoi eliberată de SiO2, precipitându-l într-o autoclavă la o presiune de aproximativ 0,6 MPa, apoi cu var la presiune atmosfericăși descompune aluminatul cu CO2 gazos. Al (OH)3 rezultat este separat din soluţie şi calcinat la o temperatură de aproximativ 1200 °C. La prelucrarea nefelinei, pe lângă alumină, se obțin Na 2 CO 3, K 2 CO 3 și ciment.

Când se produce alumină din alunite, se obțin simultan H2SO4 și K2SO4. Minereul de alunită este arse la 500-580°C într-o atmosferă reducătoare și tratat cu soluție de NaOH conform metodei Bayer.

Pentru a produce ceramică de corindon de înaltă rezistență, se folosește pulbere de oxid de aluminiu, obținută prin descompunerea termică a anumitor săruri de aluminiu, de exemplu, nitrat de aluminiu, alaun de amoniac de diferite grade de puritate. Oxidul de aluminiu obţinut prin descompunerea sărurilor este o pulbere de γ-Al 2 O 3 foarte dispersată (când este calcinată la 1200°C) şi are activitate chimică ridicată.

Pentru a obține pulberi de Al 2 O 3 ultra și nanodispersate, care sunt utilizate în tehnologia ceramicii structurale și instrumentale, metoda de co-precipitare a hidroxizilor (CHD) și sinteza chimică plasmatică (PCS) a devenit larg răspândită.

Esența metodei SOG este dizolvarea sărurilor de aluminiu, de exemplu, AlCl 3 într-o soluție de amoniac și precipitarea ulterioară a hidraților rezultați. Procesul se desfășoară la temperaturi scăzute și timpi lungi de păstrare. Hidroxizii rezultați sunt uscați și calcinati, rezultând formarea de pulbere de Al 2 O 3 cu o dimensiune a particulei de 10-100 nm.

În tehnologia PCS, o soluție apoasă de Al (NO 3) 3 este alimentată în duza pistolului cu plasmă. În picăturile soluției apar gradienți de temperatură extrem de înalți și are loc un proces foarte rapid de sinteză și cristalizare a Al 2 O 3. Particulele de pulbere au o formă sferică și o dimensiune de 0,1-1 μm.

Sub formă de cea mai comună alumină, formula sa chimică este AL2O3. În aparență, acestea sunt cristale incolore, care încep să se topească la o temperatură de 2044°C și fierb când ajung la 3530°C.

În mediul natural, singura modificare stabilă a substanței este corindonul, care are o densitate de 3,99 g/cm3. Acesta este un eșantion foarte greu, aparținând celui de-al nouălea nivel de pe masa Mohs. Valoarea indicelui de refracție este: pentru o rază obișnuită - 1,765 și 1,759 pentru una extraordinară. În mediul său natural, oxidul de aluminiu conține adesea diverși oxizi de metal, prin urmare, mineralul corindon poate dobândi diferite nuanțe de culoare. De exemplu, acestea sunt safire, rubine și altele pietre prețioase. Sub această formă, oxidul de aluminiu poate fi obținut și prin metode chimice de laborator. Pentru a face acest lucru, utilizați forme metastabile de Al2O3 și descompuneți-le termic. De asemenea, folosit ca sursă pentru producerea oxidului de aluminiu prin metoda de laborator

Modificarea standard a conexiunii este tetragonica rețea cristalină, conținând aproximativ 1-2% apă. De asemenea, este posibil să se obțină oxid de aluminiu, amorf în structura sa - aluminogel, pentru care soluția de tip gel de AL(OH) 3 este deshidratată și substanța se obține sub forma unei mase transparente poroase.

Oxidul de aluminiu este complet insolubil în apă, dar se poate dizolva bine în criolitul încălzit la o temperatură ridicată. Substanța este amfoteră. O proprietate caracteristică a oxidului de aluminiu sintetizat este relația inversă dintre temperatura de formare a acestuia și activitatea chimică. Atât corindonul artificial (adică obținut la temperaturi peste 1200°C) cât și corindonul natural în medii obișnuite prezintă aproape sută la sută inerție chimică și o absență completă a higroscopicității.

Oxidul începe să se dezvolte în mod activ la temperaturi în jurul a 1000°C, când începe să interacționeze intens cu substanțe precum diverse alcaline și carbonați În timpul acestei interacțiuni, se formează aluminați. Mai lent, compusul reacţionează cu SiO2, precum şi cu diferite tipuri de zguri acide. În urma acestor interacțiuni se obțin aluminosilicați.

Gelurile de aluminiu și oxidul de aluminiu, care se obțin prin arderea oricăruia dintre hidroxidii de aluminiu la o temperatură de cel puțin 550°C, au o higroscopicitate foarte mare, intră perfect în soluții acide și alcaline și interacționează activ cu acestea.

De regulă, bauxita, alunita și nefelina sunt folosite ca materii prime pentru producerea oxidului de aluminiu. Când conținutul de substanță în cauză este mai mare de 6-7%, producția se realizează folosind metoda principală - metoda Bayer, iar cu un conținut mai scăzut de substanță, se folosește metoda de sinterizare a minereului cu var sau sodă. Metoda Bayer presupune prelucrarea rocii zdrobite în bauxită și apoi tratarea acesteia cu soluții alcaline la o temperatură de 225-250°C. Compoziţia de aluminat de sodiu astfel obţinută se diluează cu o soluţie apoasă şi se filtrează. În timpul procesului de filtrare, nămolul care conține oxid de aluminiu, ale cărui proprietăți corespund celor standard, este supus la descompunere în centrifuge. Această tehnologie face posibilă obținerea unui randament de 50% din substanță. În plus, utilizarea acestei metode face posibilă conservarea bauxitei pentru utilizare în operațiunile ulterioare de leșiere a bauxitei.

Primit de obicei prin metoda sintetica oxidul de aluminiu este folosit ca material intermediar pentru a obține aluminiu pur. În industrie, este folosit ca materie primă pentru fabricarea materialelor refractare, a sculelor de tăiere abrazive și ceramice. Tehnologii moderne Cristalele simple de oxid de aluminiu sunt utilizate în mod activ în producția de ceasuri și bijuterii.

Configurația electronică a nivelului extern de aluminiu este ... 3s 2 3p 1.

În starea excitată, unul dintre electronii s merge într-o celulă liberă de subnivelul p, această stare corespunde cu valența III și cu starea de oxidare +3.

În stratul exterior de electroni al atomului de aluminiu există subniveluri d libere. Datorită acestui fapt, numărul său de coordonare în compuși poate fi nu numai 4 ([A1(OH) 4 ] -), ci și 6 – ([A1(OH) 6 ] 3-).

Fiind în natură

Cel mai abundent metal din scoarța terestră, conținutul total de aluminiu din scoarța terestră este de 8,8%.

Nu se găsește în formă liberă în natură.

Cei mai importanți compuși naturali sunt aluminosilicații:

argilă albă Al 2 O 3 ∙ 2SiO 2 ∙ 2H 2 O, feldspat K 2 O ∙ Al 2 O 3 ∙ 6SiO 2, mica K 2 O ∙ Al 2 O 3 ∙ 6SiO 2 ∙ H 2 O

Dintre celelalte forme naturale de aluminiu, cele mai importante sunt bauxita A1 2 Oz ∙ nH 2 O, mineralele corindon A1 2 Oz și criolitul A1F3 ∙ 3NaF.

Chitanță

În prezent, în industrie, aluminiul este produs prin electroliza oxidului de aluminiu A1 2 O 3 în criolitul topit.

Procesul de electroliză se reduce în cele din urmă la descompunerea A1 2 Oz prin curent electric

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

Aluminiul lichid este eliberat la catod:

A1 3+ + 3e-= Al 0

Oxigenul este eliberat la anod.

Proprietăți fizice

Un metal ușor, alb-argintiu, ductil, care conduce bine electricitatea și căldura.

În aer, aluminiul este acoperit cu o peliculă de oxid subțire (0,00001 mm) dar foarte densă, care protejează metalul de oxidarea ulterioară și îi conferă un aspect mat.

Aluminiul este ușor tras în sârmă și rulat în foi subțiri. Folia de aluminiu (0,005 mm grosime) este utilizată în industria alimentară și farmaceutică pentru ambalarea produselor și a medicamentelor.

Proprietăți chimice

Aluminiul este un metal foarte activ, ușor inferior ca activitate elementelor din perioada timpurie - sodiu și magneziu.

1. aluminiul se combină ușor cu oxigenul la temperatura camerei, iar pe suprafața aluminiului se formează o peliculă de oxid (strat A1 2 O 3). Acest film este foarte subțire (≈ 10 -5 mm), dar durabil. Protejează aluminiul de oxidarea ulterioară și, prin urmare, se numește peliculă de protecție

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

2. la interacțiunea cu halogenii se formează halogenuri:

interacțiunea cu clorul și bromul are loc deja la temperaturi obișnuite, cu iod și sulf - atunci când este încălzit.

2Al + 3Cl2 = 2AlCl3

2Al + 3S= Al2S3

3. La temperaturi foarte ridicate, aluminiul se combină direct cu azotul și carbonul.

2Al + N 2 = 2AlN nitrură de aluminiu

4Al + 3C = Al 4 C 3 carbură de aluminiu

Aluminiul nu interacționează cu hidrogenul.

4. Aluminiul este destul de rezistent la apă. Dar dacă efectul protector al peliculei de oxid este îndepărtat mecanic sau prin amalgamare, are loc o reacție viguroasă:

2Al + 6H20 = 2Al(OH)3 + 3H2

5. interacţiunea aluminiului cu acizii

Cu disag. aluminiul reacţionează cu acizii (HCl, H 2 SO 4) pentru a forma hidrogen.

2Al + 6HCI = 2AlCI3 + 3H2

La rece, aluminiul nu reacționează cu acidul sulfuric și azotic concentrat.

Interacționează cu conc. acid sulfuric când este încălzit

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

Aluminiul reacţionează cu acidul azotic diluat formând NO

Al + 4HNO3 = Al(NO3)3 + NO +2H2O

6. interacțiunea aluminiului cu alcalii

Aluminiul, ca și alte metale care formează oxizi și hidroxizi amfoteri, reacționează cu soluțiile alcaline.

Aluminiul în condiții normale, așa cum sa menționat deja, este acoperit cu o peliculă de protecție A1 2 O 3. Când aluminiul este expus la soluții apoase de alcalii, stratul de oxid de aluminiu A1 2 O 3 se dizolvă și se formează aluminați - săruri care conțin aluminiu ca parte a anionului:

A1203 + 2NaOH + 3H20 = 2Na

Aluminiul, lipsit de peliculă de protecție, interacționează cu apa, înlocuind hidrogenul din aceasta

2Al + 6H20 = 2Al (OH)3 + 3H2

Hidroxidul de aluminiu rezultat reacţionează cu excesul de alcali, formând tetrahidroxoaluminat

Al(OH)3 + NaOH = Na

Ecuația generală pentru dizolvarea aluminiului într-o soluție apoasă alcalină:

2Al + 2NaOH + 6H2O = 2Na+ 3H2

Oxid de aluminiu A1 2 O 3

Solid alb, insolubil în apă, punct de topire 2050 0 C.

A1 2 O 3 natural - corindon mineral. Cristale de corindon colorate transparente - rubin roșu - conțin un amestec de crom - și safir albastru - un amestec de titan și fier - pietre prețioase. De asemenea, sunt obținute artificial și utilizate în scopuri tehnice, de exemplu, pentru fabricarea de piese pentru instrumente de precizie, pietre de ceas etc.

Proprietăți chimice

Oxidul de aluminiu prezintă proprietăți amfotere

1. interacţiunea cu acizii

A1203 + 6HCI = 2AlCI3 + 3H20

2. interacţiunea cu alcalii

A1 2 O 3 + 2NaOH – 2NaAlO 2 + H 2 O

Al203 + 2NaOH + 5H20 = 2Na

3. Când se încălzește un amestec de oxid al metalului corespunzător cu pulbere de aluminiu, are loc o reacție violentă, care duce la eliberarea metalului liber din oxidul preluat. Metoda de reducere folosind Al (aluminotermie) este adesea folosită pentru a obține un număr de elemente (Cr, Mn, V, W etc.) în stare liberă

2A1 + WO3 = A1 2 Oz + W

4. interacţiunea cu sărurile care au un mediu foarte alcalin datorită hidrolizei

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

Hidroxid de aluminiu A1(OH) 3

A1(OH)3 este un sediment gelatinos voluminos alb, practic insolubil în apă, dar ușor solubil în acizi și baze puternice. Are deci un caracter amfoter.

Hidroxidul de aluminiu se obține prin schimbul de săruri solubile de aluminiu cu alcalii

AlCI3 + 3NaOH = Al(OH)3↓ + 3NaCl

Al3+ + 3OH- = Al(OH)3↓

Această reacție poate fi utilizată ca reacție calitativă pentru ionul Al3+

Proprietăți chimice

1. interacţiunea cu acizii

Al(OH)3 + 3HCI = 2AlCI3 + 3H20

2. la interacțiunea cu alcalii puternici, se formează aluminații corespunzători:

NaOH + A1(OH)3 = Na

3. descompunere termică

2Al(OH)3 = Al2O3 + 3H2O

Săruri de aluminiu suferă hidroliză prin cation, mediul este acid (pH< 7)

Al 3+ + H + OH - ↔ AlOH 2+ + H +

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

Sărurile de aluminiu solubile și acizii slabi suferă o hidroliză completă (ireversibilă)

Al2S3 + 3H2O = 2Al(OH)3 + 3H2S

Aplicație în medicină și economie nationala aluminiu și compușii săi.

Ușurința aluminiului și aliajele sale și rezistența mai mare la aer și apă determină utilizarea lor în inginerie mecanică și în construcția de aeronave. În forma sa de metal pur, aluminiul este folosit pentru a face fire electrice.

Folia de aluminiu (0,005 mm grosime) este utilizată în industria alimentară și farmaceutică pentru ambalarea produselor și a medicamentelor.

Oxid de aluminiu Al 2 O 3 - inclus în unele antiacide (de exemplu, Almagel), utilizat pentru creșterea acidității sucului gastric.

KAl(SO 4) 3 12H 2 O - alaun de potasiu este utilizat în medicină pentru tratamentul bolilor de piele, ca agent hemostatic. De asemenea, este folosit ca tanin în industria pielii.

(CH 3 COO) 3 Al - lichid Burov - soluție 8% de acetat de aluminiu are efect astringent și antiinflamator, iar în concentrații mari are proprietăți antiseptice moderate. Se folosește în formă diluată pentru clătire, loțiuni și pentru boli inflamatorii ale pielii și mucoaselor.

AlCl 3 - folosit ca catalizator în sinteza organică.

Al 2 (SO 4) 3 · 18 H 2 0 – folosit pentru purificarea apei.

Întrebări de control a securiza:

1. Numiți starea de oxidare cu cea mai mare valență a elementelor grupei III A. Explicați din punct de vedere al structurii atomice.

2.Numiți cei mai importanți compuși ai borului. Care este reacția calitativă la ionul borat?

3. Ce Proprietăți chimice au oxid și hidroxid de aluminiu?

Obligatoriu

Pustovalova L.M., Nikanorov I.E. . Chimie anorganică. Rostov-pe-Don. Phoenix. 2005. –352 p. Ch. 2.1 p. 283-294

Adiţional

1. Akhmetov N.S. Chimie generală și anorganică. M.: Şcoala superioară, 2009.- 368 p.

2. Glinka N.L. Chimie generală. KnoRus, 2009.-436 p.

3. Erokhin Yu.M. Chimie. Manual pentru elevi. Mediu de educație profesională - M.: Academia, 2006.- 384 p.

Resurse electronice

1. Chimie deschisă: un curs complet interactiv de chimie pentru școli, licee, gimnazii, colegii, studenți. universități tehnice: versiunea 2.5-M.: Physikon, 2006. CD-ROM de disc optic electronic

2. .1C: Tutor - Chimie, pentru solicitanți, liceeni și profesori, SA „1C”, 1998-2005. CD-ROM cu disc optic electronic

3. Chimie. Fundamentele chimiei teoretice. [Resursă electronică]. URL: http://chemistry.narod.ru/himiya/default.html

4. Biblioteca digitala materiale educaționaleîn chimie [Resursa electronică]. Adresa URL: http://www.chem.msu.su/rus/elibrary/