Алюминий и его соединения

 Значение алюминия. Алюминий - один из самых известных металлов. Алюминий в XIX в. называли “серебром из глины”, в наше время называют “крылатым металлом”, так как он широко применяется в авиации. Две тысячи лет тому назад в Древнем Риме, а в III в. в Китае мастера умели получать алюминий и его сплавы, но их секреты до сих пор не раскрыты. В Европе алюминий смогли получить только в XIX в. Он был дороже золота. Французский император Наполеон III гордился алюминиевыми пуговицами на своем камзоле, а Д. И. Менделееву в 1889 г. в Лондоне в знак признания его заслуг в развитии химии был преподнесен ценный подарок - весы, сделанные из золота, и кубок из алюминия, инкрустированный бриллиантами. В ХХ в. из алюминия стали делать кастрюли и самолеты, автомобили и вагоны, а также электрические провода и многое другое. Положение в периодической системе и общая характеристика. Алюминий находится в третьем периоде, в главной подгруппе III группы. Строение его атома: Алюминий 13А1 (+13)) ) ) 'ч-—-/'2ё 8е 3е Во всех химических реакциях алюминий теряет три электрона, проявляя восстановительные свойства: 0 +3 Восстановитель А1 - 3е ® А1 (окисление). В соединениях алюминий всегда трехвалентен, его степень окисления +3. Металлы в нашей жизни м 47 Нахождение в природе. В земной коре алюминий - третий по распространенности после кислорода и кремния и первый среди металлов (7,3%). В организме человека алюминия практически нет. Из-за химической активности он встречается в природе только в виде соединений: каолинит или глина - А120 3 • 28Ю2 • 2Н20 ; боксит - А120 3 • яН20 ; корунд - А120 3; криолит - 3 ^ Р • А1Р3. Примеси хрома к корунду придают ему красную окраску - это драгоценный камень рубин; следы титана и железа - синюю (сапфир). В настоящее время научились получать искусственные рубины, которые применяются в часах и лазерах. Получение. Очень долго не удавалось получить чистый алюминий, хотя его оксид и соли алюминия уже были хорошо известны. В 1825 г. датский ученый Ганс Христиан Эрстед, а в 1827 г. его молодой, но уже знаменитый немецкий коллега и ученик Фридрих Вёлер, наконец получили в чистом виде “серебро из глины” - металлический алюминий. Они проводили нагревание хлорида алюминия с калием или натрием без доступа воздуха: А1С13 + 3К = 3КС1 + Л! Попытки получить алюминий действием электрического тока на расплавы долго были безуспешны из-за того, что оксид алюминия плавится при очень высокой температуре (2050оС). Позже, в 1886 г., нашли выход: вещество криолит расплавляли при температуре 960°С и в этом расплаве растворяли оксид алюминия. Схема процесса получения алюминия такова: 2А12О3————————®3 4А1 + 302Т элект р. т ок Но после этих открытий алюминий стал дешевым металлом и в наше время занимает второе место по объему производства в мире. Физические свойства. Алюминий - серебристо-белый металл (“серебро из глины”!), один из самых легких (р = 2,7 г/см3) - примерно втрое легче меди или железа. Его температура плавления невысока (660°С). По тепло- и электропроводности он уступает лишь серебру, золоту и меди (рис. 2.10). Высокая пластичность алюминия позволяет прокатывать его в фольгу и Боксит А120 3.пН20 Рис. 2.23. Сырье для производства алюминия Рубин Ганс Христиан Эрстед (1777-1851) Датский ученый, получил алюминий в 1825 г. 48 вытягивать в тончайшую, как паутина, проволоку: при длине 1000 м она имеет массу всего 27 г и умещается в спичечном коробке. Лишь прочностные характеристики алюминия оставляют желать лучшего. Как можно увеличить прочность металла? Надо получить сплав! В начале ХХ в. немецкий химик Вильм получил патент на сплав алюминия с медью, магнием и марганцем. В 1911 г. в городе Дюрен (Германия) была выпущена первая партия этого сплава под названием дюралюминий. Сейчас его называют дуралюмин. Он оказался почти таким же прочным, как сталь, но гораздо легче ее. В 1919 г. появились первые самолеты из дуралюмина. С тех пор алюминий стал главным металлом авиационной и космической техники, - поистине “крылатым металлом”! Химические свойства. Алюминий - очень активный металл. Располагаясь в вытеснительном ряду металлов между магнием и цинком, он вытесняет металлы, стоящие правее, а также водород. 1. Алюминий взаимодействует с неметаллами (за исключением водорода), проявляя восстановительные свойства: 0 0 +3-1 2А1 + 3С12 = 2А1С13 -3е + 2е вос-ль ок-ль 4А1 + 302 = 2А120 3 2. Алюминий всегда покрыт прочной оксидной пленкой А120 3. Она очень устойчива и защищает его в обычных условиях и при нагревании. Без оксидной пленки алюминий активно реагирует с водой: 2А1 + 6Н20 = 2А1(ОН)3! + 3Н2Т 3. *Алюминий - металл с двойственными свойствами (амфотерный металл). Он реагирует и с кислотами (за исключением концентрированной азотной кислоты) и со *щелочами, образуя соли (рис. 2.24). Например: 2А1 + 3Н2Й04(разб.) = А12(804)3 + 3Н2^ *2А1 + 2 ^ 0 Н + 2Н20 = 2NаАЮ2 + 3Н2Т алю м инат натрия. 4. При нагревании алюминий может вытеснять другие металлы из их оксидов: 1° 8А1 + 3Гв304 = 4А12О3 + 9Ре + ^ Эта реакция лежит в основе получения некоторых металлов в промышленности под названием алюмотермия (см. стр. 28). Применение алюминия. Главная область применения алюминия, из-за легкости и прочности его сплавов, - это авиа-, судо-, автомобилестроение. Почти вся планета опутана сетью электрических проводов из алюминия. Как Металлы в нашей жизни Рис. 2.24. Амфотерность алюминия Металлы в нашей жизни м 49 вы думаете, почему именно из алюминия? С помощью алюминия получают другие металлы (рис. 2.25). Оказалось, что при соприкосновении с алюминием витамины не разрушаются. Поэтому из него изготовляют аппаратуру для пищевой промышленности и упаковку для пищевых продуктов (фольгу) и медикаментов. Соединения алюминия. Важнейшими соединениями алюминия являются оксид, гидроксид и сульфат алюминия: А12О3 А1(ОН)3 А12(8О4)3 оксид гидроксид сульфат алюминия алюминия алюминия Некоторые способы получения этих веществ приведены выше. Так, оксид алюминия образуется при окислении алюминия, при его нагревании с оксидами менее активных металлов, а также при разложении его гидроксида: Определи, можно ли осуществить следующую цепочку превращений: 1° 2А1(ОН)3 = А120 3 + 3Н20 Гидроксид алюминия образуется при реакции алюминия с водой или из его солей по реакции: А1С13 + 3 ^ О Н = А1(ОН)3! + 3 ^С 1 Сульфат алюминия может быть получен при V А1 Л А120 3 ® А1(ОН)з Л а ^ З О дЬ Если необходимо, добавь 1 -2 реакции для получения сульфата алюминия таким путем. взаимодействии алюминия, его оксида или гидроксида с серной кислотой: А120 3 + 3Н28О4 = А12(8О4)3 + 3Н20 2А1(ОН)3 + 3Н28 0 4 = А12(8О4)3 + 6Н20 Химические свойства соединений алюминия можно вывести, исходя из схем генетической связи соответствующих оксидов, гидроксидов и солей (см. стр. 7, 8). В отличие от гидроксидов щелочных и щелочно-земельных металлов, гидроксид алюминия проявляет амфотерные (двойственные) свойства; он реагирует и с кислотами (свойство оснований), и со щелочами (свойство кислот). А1(ОН)3 + 3НС1 = А1С13 + 3Н20 хлорид а лю м и ни я А1(ОН)3 + ^ О Н = NаАЮ2 + 2Н20 а лю м и на т нат рия Металлы в нашей жизни 50 г V Составь рассказ о применении алюминия Алюминий ^гА1 прочность (сплавы) устойчив к коррозии Рис. 2.25. Связь между свойствами алюминия и его применением ЛАБОРАТОРНЫЙ ОПЫ Т Ознакомление с образцами минералов и солей алюминия (Вспомните правила работы в лаборатории. Приложения 1 и 2) Приборы и реактивы: коллекция «Алюминий и его сплавы», образцы минералов и солей алюминия. Рассмотрите образцы минералов и солей алюминия (внешний вид). Ознакомьтесь с образцами алюминия и его сплавов: рассмотрите внешний вид, проверьте их твердость и пластичность. Запишите ваши наблюдения в тетрадь и сделайте выводы. РАБОТА В ГРУППЕ 1. Сульфат алюминия в смеси с известью применяют для очистки природной воды. Напишите уравнения реакций, происходящих при растворении смеси в воде. Объясните, как происходит очистка воды с участием соединений алюминия. *2. Партия алюминиевых товаров была испорчена из-за того, что при побелке они были забрызганы гашеной известью. Какова причина коррозии алюминия? Ответ подтвердите уравнением реакции. 3. Объясните, почему при получении гидроксида алюминия следует прикапывать раствор NаОН к раствору А1С13? Почему нельзя это делать наоборот? Металлы в нашей жизни М Е ] ВОПРОСЫ И УПРАЖНЕНИЯ_______________________ 1. Закончи уравнения реакций: а) А1 + ? ® А1253 д) А1 + Нд(М03)2 ® ? + ? б) А1 + ? ® А1С13 е) А1 + ? ® А1(0Н)+ + ? * в) А1 + N2 ® ? ж) А1 + НС1 ® А1С13 + ? *г) А1 + ? ® А14С3 *з) А1 + Nа0Н + Н20 ® NаА^02 + ? 2. Напиши уравнения реакций следующих превращений: А1203 ® А1 ® А1С13 ® А1(0И)3 ® А1С13 А1203 ® NаАI.02 3. Назови 3 самых распространенных элемента в земной коре: а) К, N8, Са; б) 0, $1, А1; в) А, Ре, Са. 4. Какие минералы, содержащие А1203, встречаются в природе и для чего они применяются? 5. Вычисли массу алюминия и железной окалины Ре304, необходимых для получения железа массой 5,6 г.