Какая валентность у алюминия?

Основные модификации оксида алюминия

В природе можно встретить только тригональную α-модификацию оксида алюминия в виде минерала корунда и его редких драгоценных разновидностей (рубин, сапфир и т. д.). Она является единственной термодинамически стабильной формой Al2O3.

При термообработке гидроксидов алюминия около 400 °С получают кубическую γ-форму. При 1100—1200 °С с γ-модификацией происходит необратимое превращение в α-Al2O3, однако скорость этого процесса невелика, и для завершения фазового перехода необходимо либо наличие минерализаторов, либо повышение температуры обработки до 1400—1450 °С.

Известны также следующие кристаллические модификации оксида алюминия: кубическая η-фаза, моноклинная θ-фаза, гексагональная χ-фаза, орторомбическая κ-фаза.

Вещество, иногда описываемое как β-Al2O3, на самом деле представляет собой не чистый оксид алюминия, а ряд алюминатов щелочных и щёлочноземельных металлов со следующими общими формулами: MeO·6Al2O3 и Me2O·11Al2O3, где MeO — это оксиды кальция, бария, стронция и т. д.

, а ME2O — оксиды натрия, калия, лития и других щелочных металлов. При 1600—1700 °С β-модификация разлагается на α-Al2O3 и оксид соответствующего металла, который выделяется в виде пара.

— концентрированной азотной кислотой

Концентрированная азотная кислота в обычных условиях также пассивирует алюминий, что делает возможным ее хранение в алюминиевых емкостях. Так же, как и в случае с концентрированной серной, взаимодействие алюминия с концентрированной азотной кислотой становится возможным при сильном нагревании, при этом преимущественно параллельно протекают реакции:

— разбавленной азотной кислотой

Взаимодействие алюминия с разбавленной по сравнению с концентрированной азотной кислотой приводит к продуктам более глубокого восстановления азота. Вместо NO в зависимости от степени разбавления могут образовываться N2O и NH4NO3:

8Al 30HNO3(разб.) = 8Al(NO3)3 3N2O↑ 15H2O

8Al 30HNO3(оч. разб) = 8Al(NO3)3 3NH4NO3 9H2O

Al2o3 o2 = ? уравнение реакции

Алюминаты

Соли, в которых алюминий является кислотным остатком (алюминаты) — образуются из оксида алюминия при сплавлении с щелочами и основными оксидами:

Al2O3 Na2O → 2NaAlO2

Для понимания свойств алюминатов их также очень удобно разбить на два отдельных вещества.

Например, алюминат натрия мы разделим мысленно на два вещества: оксид алюминия и оксид натрия.

NaAlO2 разбиваем на Na2O и Al2O3

Тогда нам станет очевидно, что алюминаты реагируют скислотами с образованием солей алюминия:

KAlO2    4HCl → KCl    AlCl3    2H2O

NaAlO2    4HCl →  AlCl3    NaCl    2H2O

NaAlO2    4HNO3  → Al(NO3)3    NaNO3    2H2O

2NaAlO2    4H2SO4  → Al2(SO4)3    Na2SO4    4H2O

Под действием избытка воды алюминаты переходят в комплексные соли:

KAlO2  H2O   =  K[Al(OH)4]

NaAlO2    2H2O  =  Na[Al(OH)4]

Алюминий кислород = оксид алюминия

Алюминий, химические свойства, получение

Бинарные соединения

Сульфид алюминия под действием  азотной кислоты окисляется до сульфата:

Al2 S3     8HNO3  →  Al2(SO4)3    8NO2    4H2O

либо до серной кислоты (под действием горячей концентрированной кислоты):

Al2 S3     30HNO3(конц. гор.)  →  2Al(NO3)3    24NO2    3H2SO4     12H2O

Сульфид алюминия разлагается водой:

Al2S3   6H2O →  2Al(OH)3↓       3H2S↑

Карбид алюминия также разлагается водой при нагревании на гидроксид алюминия и метан:

Al4C3    12H2O → 4Al(OH)3    3CH4

Нитрид алюминия разлагается под действием минеральных кислот на соли алюминия и аммония:

AlN    4HCl →  AlCl3    NH4Cl

Также нитрид алюминия разлагается под действием воды:

AlN    3H2O →  Al(OH)3↓    NH3 

Гидролиз солей алюминия

Растворимые соли алюминия  и сильных кислот гидролизуются по катиону. Гидролиз протекает ступенчато и обратимо, т.е. чуть-чуть:

I ступень: Al3 H2O = AlOH2 H

II ступень: AlOH2   H2O = Al(OH)2   H

III ступень: Al(OH)2   H2O = Al(OH)3  H

Однако  сульфиды, сульфиты, карбонаты алюминия и их кислыесоли гидролизуются необратимо, полностью, т.е. в водном растворе не существуют, а разлагаются водой:

Al2(SO4)3    6NaHSO3  → 2Al(OH)3    6SO2    3Na2SO4

2AlBr3    3Na2CO3  3H2O →  2Al(OH)3↓    CO2↑   6NaBr

2Al(NO3)3    3Na2CO3    3H2O →  2Al(OH)3↓    6NaNO3    3CO2↑

2AlCl3    3Na2CO3    3H2O → 2Al(OH)3↓    6NaCl    3CO2↑

Al2(SO4)3    3K2CO3    3H2O →  2Al(OH)3↓    3CO2↑    3K2SO4

2AlCl3    3Na2S    6H2O →  2Al(OH)3    3H2S↑    6NaCl

Более подробно про гидролиз можно прочитать всоответствующей статье.

Какая валентность у алюминия?

Качественные реакции

Качественная реакция на ионы алюминия — взаимодействие избытка солей алюминия с щелочами. При этом образуется белый аморфный осадокгидроксида алюминия.

Например, хлорид алюминия взаимодействует с гидроксидом натрия:

AlCl3 3NaOH → Al(OH)3 3NaCl

При дальнейшем добавлении щелочи амфотерный гидроксид алюминия растворяется с образованием тетрагидроксоалюмината:

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

Обратите внимание,  если мы поместим соль алюминия в избыток раствора щелочи, то белый осадок гидроксида алюминия не образуется, т.к. в избытке щелочи соединения алюминия сразу переходят в комплекс:

AlCl3 4NaOH = Na[Al(OH)4] 3NaCl

Соли алюминия можно обнаружить с помощью водного раствора аммиака. При взаимодействии растворимых солей алюминия с водным раствором аммиака также выпадает полупрозрачный студенистый осадок гидроксида алюминия.

AlCl3 3NH3·H2O= Al(OH)3 ↓ 3NH4Cl

Al3 3NH3·H2O = Al(OH)3 ↓ 3NH4

Видеоопытвзаимодействия раствора хлорида алюминия с раствором аммиака можно посмотреть здесь.

Комплексные соли алюминия

Для описания свойств комплексных солей алюминия — гидроксоалюминатов, удобно использоваться следующий прием: мысленно разбейте тетрагидроксоалюминат на две отдельные молекулы — гидроксид алюминия и гидроксид щелочного металла.

Например, тетрагидроксоалюминат натрия  разбиваем на гидроксид алюминия и гидроксид натрия:

Na[Al(OH)4] разбиваем на NaOH и Al(OH)3

Свойства всего комплекса можно определять, как свойства этих отдельных соединений.

Таким образом, гидроксокомплексы алюминия реагируют скислотными оксидами.

Например, гидроксокомплекс разрушается под действием избытка  углекислого газа. При этом с СО2 реагирует NaOH с образованием кислой соли (при избытке СО2), а амфотерный гидроксид алюминия не реагирует с углекислым газом, следовательно, просто выпадает в осадок:

Na[Al(OH)4]    CO2  → Al(OH)3↓    NaHCO3

Аналогично тетрагидроксоалюминат калия реагирует с углекислым газом:

K[Al(OH)4]    CO2  → Al(OH)3    KHCO3

По такому же принципу тетрагидроксоалюминаты реагирует с сернистым газом SO2:

      Na[Al(OH)4]    SO2  → Al(OH)3↓    NaHSO3

   K[Al(OH)4]    SO2  → Al(OH)3    KHSO3 

А вот под действиемизбытка сильной кислотыосадок не выпадает, т.к. амфотерный гидроксид алюминия реагирует с сильными кислотами.

Например, с соляной кислотой:

  Na[Al(OH)4]     4HCl(избыток)  → NaCl    AlCl3    4H2O

Правда, под действием небольшого количества (недостатка) сильной кислотыосадок все-таки выпадет, для растворения гидроксида алюминия кислоты не будет хватать:

Na[Al(OH)4]     НCl(недостаток)   → Al(OH)3↓    NaCl    H2O

Аналогично с недостатком азотной кислоты выпадает гидроксид алюминия:

Na[Al(OH)4]    HNO3(недостаток)  → Al(OH)3↓    NaNO3    H2O

Комплекс разрушается при взаимодействии схлорной водой(водным раствором хлора) Cl2:

2Na[Al(OH)4]    Cl2   → 2Al(OH)3↓    NaCl    NaClO   H2O

При этом хлор диспропорционирует.

Также комплекс может прореагировать с избытком хлорида алюминия. При этом выпадает осадок гидроксида алюминия:

AlCl3    3Na[Al(OH)4]   → 4Al(OH)3↓    3NaCl

Если выпарить воду из раствора комплексной соли и нагреть образующееся вещество, то останется обычная соль-алюминат:

Na[Al(OH)4]  →  NaAlO2      2H2O↑

K[Al(OH)4]  →  KAlO2      2H2O

Нахождение в природе

Алюминий — самый распространенный металл в природе, и 3-й по распространенности среди всех элементов (после кислорода и кремния). Содержание в земной коре  — около 8%.

В природе алюминий встречается в виде соединений:

Бокситы Al2O3 · H2O (с примесями SiO2, Fe2O3, CaCO3) — гидрат оксида алюминия.

Корунд Al2O3. Красный корунд называют рубином, синий корунд называют сапфиром.

Нитрат и сульфат алюминия

Нитрат алюминия при нагревании разлагается на оксид алюминия, оксид азота (IV)  и кислород:

4Al(NO3)3 → 2Al2O3    12NO2     3O2

Сульфат алюминия при сильном нагревании разлагается аналогично — на оксид алюминия, сернистый газ и кислород:

2Al2(SO4)3 → 2Al2O3     6SO2    3O2

Оксид алюминия, свойства, получение, химические реакции.

Оксид алюминия – неорганическое вещество, имеет химическую формулу Al2O3.

Краткая характеристика оксида алюминия

Модификации оксида алюминия

Физические свойства оксида алюминия

Получение оксида алюминия

Химические свойства оксида алюминия

Химические реакции оксида алюминия

Применение и использование оксида алюминия

Получение

Получают из бокситов, нефелинов, каолина, алунитов алюминатным или хлоридным методом. Сырьё в производстве алюминия, катализатор, адсорбент, огнеупорный и абразивный материал.

 3Cu₂O 2Al →^1000∘C   6Cu Al₂O₃

 2Al(OH)₃ →^t Al₂O₃ 3H₂O

Плёнки оксида алюминия на поверхности алюминия получают электрохимическими или химическими методами. Так, например, получают диэлектрический слой в алюминиевых электролитических конденсаторах. В микроэлектронике также применяется эпитаксия оксида алюминия, которая многими учёными считается перспективной, например, в изоляции затворов полевых транзисторов.

Получение оксида алюминия:

Оксид алюминия получают методом восстановления алюминием металлов из их оксидов: хрома, молибдена, вольфрама, ванадия и др. (металлотермия).

Он получается в результате следующих металлотермических реакций:

Cr2O3 2Al → Al2O3 2Cr (t = 800 oC);

3CuO 2Al → Al2O3 3Cu (t = 1000-1100 oC)  и т.д.

С галогенами

Алюминий очень энергично реагирует со всеми галогенами. Так, реакция между перемешанными порошками алюминия и йода протекает уже при комнатной температуре после добавления капли воды в качестве катализатора. Уравнение взаимодействия йода с алюминием:

2Al 3I2 =2AlI3

С бромом, представляющим собой тёмно-бурую жидкость, алюминий также реагирует без нагревания. Образец алюминия достаточно просто внести в жидкий бром: тут же начинается бурная реакция с выделением большого количества тепла и света:

2Al 3Br2 = 2AlBr3

Реакция между алюминием и хлором протекает при внесении нагретой алюминиевой фольги или мелкодисперсного порошка алюминия в заполненную хлором колбу. Алюминий эффектно сгорает в хлоре в соответствии с уравнением:

2Al 3Cl2 = 2AlCl3

Способы получения

1. Гидроксид алюминия можно получить действием раствора аммиакана соли алюминия.

Например, хлорид алюминия реагирует с водным раствором аммиака с образованием гидроксида алюминия и хлорида аммония:

AlCl3 3NH3 3H2O = Al(OH)3 3NH4Cl

2.Пропусканием углекислого газа, сернистого газа или сероводородачерез раствор тетрагидроксоалюмината натрия:

Na[Al(OH)4] СО2 = Al(OH)3 NaНCO3 

Чтобы понять, как протекает эта реакция, можно использовать несложный прием: мысленно разбить сложное вещество Na[Al(OH)4] на составные части: NaOH и Al(OH)3. Далее мы определяем, как реагирует углекислый газ с каждым из этих веществ, и записываем продукты их взаимодействия. Т.к. Al(OH)3 не реагирует с СО2, то мы записываем справа Al(OH)3  без изменения.

3. Гидроксид алюминия можно получить действием недостатка щелочи на избыток соли алюминия.

Например, хлорид алюминия реагирует с недостатком гидроксида калия с образованием гидроксида алюминия и хлорида калия:

AlCl3 3KOH(недост.) = Al(OH)3↓ 3KCl

4. Также гидроксид алюминия образуется при взаимодействии растворимых солей алюминия с растворимыми карбонатами, сульфитами и сульфидами. Сульфиды, карбонаты и сульфиты алюминия необратимо гидролизуются в водном растворе.

Например:бромид алюминия реагирует с карбонатом натрия. При этом выпадает осадок гидроксида алюминия, выделяется углекислый газ и образуется бромид натрия:

2AlBr3    3Na2CO3  3H2O  =  2Al(OH)3↓    3CO2↑   6NaBr

Хлорид алюминия реагирует с сульфидом натрия с образованием гидроксида алюминия, сероводорода и хлорида натрия:

2AlCl3    3Na2S    6H2O  =  2Al(OH)3    3H2S↑    6NaCl

Таблица валентностей химических элементов. максимальная и минимальная валентность. — инженерный справочник / технический справочник дпва / таблицы для инженеров (ex dpva-info)

Физические свойства

Алюминий– лёгкий металл серебристо-белого цвета, легко поддающийся формовке, литью, механической обработке. Обладает высокой тепло- и электропроводностью.

Температура плавления 660оС, температура кипения 1450оС, плотность алюминия 2,7 г/см3.

Алюминий — один из наиболее ценных цветных металлов для вторичной переработки. На протяжении последних лет, цена на лом алюминия в пунктах приема непреклонно растет. По ссылке можно узнать о том, как сдать лом алюминия.

Физические свойства оксида алюминия*:

Примечание:

* оксида алюминия α-формы.

** — нет данных.

Формула оксида алюминия в химии

Химические свойства

1. Алюминий – сильный восстановитель. Поэтому он реагирует со многими неметаллами.

1.1. Алюминий реагируют с галогенами с образованием галогенидов:

2Al    3I2  → 2AlI3

1.2. Алюминий реагирует с серой с образованием сульфидов:

2Al    3S  → Al2S3

1.3.Алюминий реагируют с фосфором . При этом образуются бинарные соединения — фосфиды:

Al P → AlP

1.4.С азотом алюминий реагирует при нагревании до 1000оС с образованием нитрида:

2Al N2 → 2AlN

1.5. Алюминий реагирует с углеродом с образованием карбида алюминия:

4Al 3C → Al4C3

1.6. Алюминий взаимодействует с кислородом с образованием оксида:

4Al 3O2 → 2Al2O3

Видеоопытвзаимодействия алюминия с кислородом воздуха (горение алюминия на воздухе) можно посмотреть здесь.

2. Алюминий взаимодействует со сложными веществами:

2.1. Реагирует ли алюминий с водой? Ответ на этот вопрос вы без труда найдете, если покопаетесь немного в своей памяти.  Наверняка хотя бы раз в жизни вы встречались с алюминиевыми кастрюлями или алюминиевыми столовыми приборами.

Такой вопрос я любил задавать студентам на экзаменах. Что самое удивительное, ответы я получал разные — у кого-то алюминий таки реагировал с водой. И очень, очень многие сдавались после вопроса: «Может быть, алюминий реагирует с водой при нагревании?» При нагревании алюминий реагировал с водой уже у половины респондентов))

Тем не менее, несложно понять, что алюминий все-таки с водой в обычных условиях (да и при нагревании) не взаимодействует. И мы уже упоминали, почему: из-за образования оксидной пленки.

А вот если алюминий очистить от оксидной пленки (например, амальгамировать), то он будет взаимодействовать с водой очень активно с образованием гидроксида алюминия и водорода:

2Al0 6H2 O → 2Al 3(OH)3 3H20

Амальгаму алюминия можно получить, выдержав кусочки алюминия в растворе хлорида ртути (II):

3HgCl2 2Al → 2AlCl3 3Hg

Видеоопыт  взаимодействия амальгамы алюминия с водой можно посмотреть здесь.

2.2.Алюминий взаимодействуют с минеральными кислотами (с соляной, фосфорной и разбавленной серной кислотой). При этом образуются соль и водород.

Например, алюминий бурно реагирует с соляной кислотой:

2Al 6HCl = 2AlCl3  3H2↑

2.3.При обычных условиях алюминий не реагирует с концентрированной серной кислотой из-за пассивации – образования плотной оксидной пленки. При нагревании реакция идет, образуются оксид серы (IV), сульфат алюминия и вода:

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

2.4.Алюминий не реагирует с концентрированной азотной кислотой также из-за пассивации.

С разбавленной азотной кислотой алюминий реагирует с образованием молекулярного азота:

10Al 36HNO3 (разб) → 3N2 10Al(NO3)3 18H2O

При взаимодействии алюминия в виде порошка с очень разбавленной азотной кислотой может образоваться нитрат аммония:

8Al 30HNO3(оч.разб.) →  8Al(NO3)3  3NH4NO3 9H2O

2.5. Алюминий – амфотерный металл, поэтому он взаимодействует с щелочами. При взаимодействии алюминия с раствором щелочи образуется тетрагидроксоалюминат и водород:

2Al 2NaOH 6H2O → 2Na[Al(OH)4]  3H2 ↑

Видеоопытвзаимодействия алюминия со щелочью и водой можно посмотреть здесь.

Алюминий реагирует с расплавом щелочи с образованием алюмината и водорода:

2Al 6NaOH → 2Na3AlO3  3H2 ↑

Эту же реакцию можно записать в другом виде (в ЕГЭ рекомендую записывать реакцию именно в таком виде):

2Al 6NaOH → 2NaAlO2  3H2↑ 2Na2O

2.6. Алюминий восстанавливает менее активные металлы изоксидов. Процесс восстановления металлов из оксидов называется алюмотермия.

Например, алюминий вытесняет медь из оксида меди (II). Реакция очень экзотермическая:

2Al 3CuO → 3Cu Al2O3

Еще пример: алюминий восстанавливает железо из железной окалины, оксида железа (II, III):

8Al    3Fe3O4 →  4Al2O3    9Fe

Восстановительные свойства алюминия также проявляются при взаимодействии его с сильными окислителями: пероксидом натрия, нитратами и нитритами в щелочной среде, перманганатами, соединениями хрома (VI):

2Al    3Na2O2  → 2NaAlO2     2Na2O

8Al    3KNO3   5KOH    18H2O →  8K[Al(OH)4]       3NH3

10Al     6KMnO4    24H2SO4  → 5Al2(SO4)3    6MnSO4    3K2SO4   24H2O

2Al    NaNO2   NaOH    5H2O →  2Na[Al(OH)4]     NH3

Al     3KMnO4    4KOH →  3K2MnO4    K[Al(OH)4]  

4Al    K2Cr2O7 → 2Cr     2KAlO2      Al2O3

Электронное строение алюминия и свойства

Электронная конфигурация  алюминия в основном состоянии:

13Al 1s²2s²2p⁶3s²3p¹     1s    2s    2s   2p    3s    3s   3p 

Электронная конфигурация  алюминия в возбужденном состоянии:

13Al^* 1s²2s²2p⁶3s¹3p²   1s    2s    2s   2p    3s    3s   3p

Алюминий проявляет парамагнитные свойства. Алюминий на воздухе быстро образует прочные оксидные плёнки, защищающие поверхность от дальнейшего взаимодействия, поэтому устойчив к коррозии.