Алюміній, Детальна інформація

Сумарне рівняння розчинення алюмінія в водному розчині лугу:

2Al + 2NaOH + 6H2O = 2Na[Al(OH)4] + 3H2(

Алюміній помітно розчинний в розчинах солей, що мають через їх гідроліз кислу або лужну реакцію, наприклад в розчині Na2CO3.

В ряді напруг він розташований між Mg та Zn. У всіх своїх сполуках алюміній трьохвалентний.

Сполучення алюмінія з киснем відбувається з великим выділеням тепла (1676 кДж/моль Al2O3), значно більшим, ніж у багатьох інших металів. З огляду на це при

рожарюванні суміші оксида відповідного метала з порошком алюмінія проходить бурхлива реакція, з виділенням метала із взятого оксида. Метод відновлення за допомогою Al (алюмотермія) часто використовується для отримання ряду елементів (Cr, Mn, V, W та інших.) у вільному виглді.

Алюмотермією інколи користуються для зварки окремих стальних частин, наприклад трамвайних рейок. Застосовувана суміш (“терміт”) складається з дрібних порошків алюмінія та Fe3O4. Підпалюється за допомогою запала з суміші Al та BaO2. Основна реакція йде по наступному рівнянню:

8Al + 3Fe3O4 = 4Al2O3 + 9Fe + 3350 кДж

Причому досягається температура близько 3000оС.

Оксид алюмінія являє собою білу, дуже тугоплавку (т. пл. 2050оС) та нерозчинну у воді масу. Природний Al2O3 (мінерал корунд), а також отриманий штучним шляхом а потім дуже прожарений має високу стійкість та не розчиняється в кислотах. В розчинний стан Al2O3 (т. з. глинозем) можна перевести сплавлюваням з лугами.

Звичайно забруднений домішками оксида заліза природний корунд в міру своєї надзвичайної твердості

застосовують для виготовлення шліфувальних кругів, брусків і т.п. В мілко роздробленому вигляді він під назвою наждака використовується для очистки металічних поверхонь та виробництва наждачного паперу. Для тих же потреб часто використовують Al2O3, отриманий сплавленням (технічна назва - алунд).

Прозорі та забарвлені кристали корунда - червоний рубін - домішка хрома - синій сапфір - домішка титана та заліза - дорагоціні каміння. Їх отримують також штучно та використовують також для технічних потреб, наприклад, для виготовлення деталей точних приладів, каменей в годинниках і т.п. Кристали рубінів, що мають незначну домішку Cr2O3, використовують в якості квантових генераторів - лазерів, що створюють напрямлений пучок монохроматичного випромінювання.

З огляду на нерозчинність Al2O3 у воді відповідаючий цому оксиду гідроксид Al(OH)3 може бути отриманим лише не прямим шляхом із солей. Отримання гідроксида можа представити у вигляді наступної схеми. При дії лугів іонами OH- поступово заміщають в аквокомплексах [Al(OH2)6]3+ молекули води:

[Al(OH2)6]3+ + OH- = [Al(OH)(OH2)5]2+ + H2O

[Al(OH)(OH2)5]2+ + OH- = [Al(OH)2(OH2)4]+ + H2O

[Al(OH)2(OH2)4]+ + OH- = [Al(OH)3(OH2)3]0 + H2O

Al(OH)3 являє собою желеподібний осад білого кольору, практично нерозчинний у воді, але легко розчинний в кислотах та сильних лугах.Відповідно він має амфотерні властивості. Проте основні та особливо кислотні його властивості виражені досить слабо. В надлишку NH4OH гидроксид алюмінія нерозчинний.

При взаємодії з сильними лугами утворюються відповідні алюмінати:

NaOH + Al(OH)3 = Na[Al(OH)4]

Алюмінати найбільш активних одновалентних металів у воді добре розчинні, але через сильний гідроліз їх розчини стійкі лише при надлишку лугів.

З кислотами Al(OH)3 утворює солі. Похідні більшості сильних кислот добре розчинні у воді, але досить гідролізовані, і тому їх розчини мають кислу реакцію.

У водному середовищі аніон Al3+ безпосередньо оточений шістьма молекулами води. Такий гидратованний іон дещо дисоційований по схемі:

[Al(OH2)6]3+ + H2O = [Al(OH)(OH2)5]2+ + OH3+

Константа його дисоціації рівна 1.10-5,тобто він являється слабою кислотою (близькою по силі до оцтової).

Алюмосилікати можа розглядати як силікати, в яких частина кремнієкисневих тетраєдрів SiO44- замінена на алюмокисневі тетраєдри AlO45-. З алюмосилікатів найбільш розповсюдженішими є польові шпати, на долю яких приходиться більш ніж половина маси земної кори. Головні їх представники - минерали

ортоклаз K2Al2Si6O16 або K2O.Al2O3.6SiO2

альбіт Na2Al2Si6O16 або Na2O.Al2O3.6SiO2

анортіт CaAl2Si2O8 або CaO.Al2O3.2SiO2

Дуже розповсюджені мінерали групи слюд, наприклад мусковіт Kal2(AlSi3O10)(OH)2.Найбільше практичне значення має мінерал нефелін (Na,K)2[Al2Si2O8], який використовується для отримання глинозема содовых продуктів та цементу. Це виробництво складається з наступних операцій: a) нефелін та вапняк спекают в трубчатих печах при 1200оС: