Питання для самоконтролю:

1. Дати загальну характеристику металам в залежності від їх місця в періодичній системі.

2. Яка відмінність лужних металів від усіх інших?

3. Особливості реакційної здатності металів другої групи головної підгрупи.

4. Які сполуки кальцію поширені в природі ви знаєте?

5. Що таке твердість води і як її видалити?

Тема 11. Елементи ііі а групи.

( 3 год)

План:

1. Характеристика алюмінію.

2. Амфотерність алюмінію.

3. Сполуки Алюмінію в природі та його роль у техніці.

Студент повинен знати: властивості сполук алюмінію та роль алюмінію в природі і в техніці;

Студент повинен уміти: давати характеристику Алюмінію, як хімічному елементу і як простій речовині;

Рекомендована література:

Басов В.П., Родіонов В.М. Хімія: Навч. посіб. 5 – е вид. – К. : Каравела, 2005. – с.143

Алюміній знаходиться в третій групі головній підгрупі. Три його валентні електрони розміщені на зовнішньому (третьому) енергетичному рівні, в своїх сполуках він завжди тривалентний, тобто не збуджений стан для нього не характерний. Як активний метал, Алюміній віддає на зв'язок три валентні електрони, виявляючи сильні відновні властивості, і набуває стійкого ступеня окиснення +3. Він активно реагує з більшістю неметалів (киснем, галогенами, сіркою, азотом, фосфором, вуглецем та ін.). Особливо висока спорідненість Алюмінію до Оксигену, тому він активно віднімає його у оксидів багатьох металів і неметалів, що на практиці застосовують для їх добування (алюмотермія).

Із воднем алюміній безпосередньо не взаємодіє, але сполуки з Гідрогеном існують, їх використовують як сильні відновники.

У періодичній системі Алюміній межує з типовими металами і неметалами, що дозволяє спрогнозувати амфотерний характер його сполук. Дійсно, як сам алюміній, так і його гідроксид реагують із кислотами та лугами, а солі помітно гідролізують при розчиненні у воді.

Якщо активувати поверхню алюмінію, тобто зняти захисну оксидну плівку (наприклад, зануривши в розчин солі ртуті), алюміній як активний метал буде реагувати з водою, утворюючи нерозчинний гідроксид:

2AI + 6H₂O = 2AI (OH) ₃↓ + 3H₂

Цей же продукт утворюється в процесі взаємодії солі алюмінію з лугом.

Як амфотерний гідроксид алюмінію реагує з кислотами і лугами:

AI(OH)₃ + 3HCI = AICI₃ + 3H₂O

AI(OH)₃ + NaOH = Na[AI(OH)₄]

При чому в кислих розчинах Алюміній знаходиться у складі тризарядних катіонів, в лужних – входить до складу аніонів (комплексний алюмінат – іон), а в нейтральних – випадає в осад у вигляді гідроксиду.

Оксид алюмінію також є амфотерною сполукою, однак довести це важко, оскільки він за звичайних умов у хімічному плані надзвичайно інертний як до води, так і до розчинів кислот і лугів. Лише за нагрівання оксид алюмінію сплавляється з лугами, а з кислотами практично не взаємодіє. Саме цим пояснюється висока корозійна стійкість алюмінію, який завжди покритий щільною захисною плівкою оксиду. За високої температури оксид алюмінію може реагувати з деякими кислотними оксидами (оксид кремнію, оксид сірки), які знаходяться в конденсованому стані або входять до складу твердих сполук.

Алюміній – найрозповсюдженіший у природі металічний елемент. Вміст його у земній корі близько 8,8% за масою. Він входить до складу численних сполук, переважно алюмосилікатів, які є основою літосфери. Завдяки надзвичайно високій спорідненості Алюмінію з Оксигеном, найпоширенішою його сполукою є оксид (технічна назва глинозем). Оксид алюмінію утворює як власні мінерали (корунд, боксити, рубін – корунд із домішками оксиду хрому, сапфір – корунд із домішками оксиду титану та феруму), так і входить до складу численних силікатних порід, утворюючи з ними дуже складні полікристалічні структури (ортоклаз або польовий шпат, каолініт або біла глина, нефелін, анортит, слюди, кріоліт, цеоліти тощо.)

Із причини високої хімічної активності алюміній у вільному стані в природі не існує і виділити його як просту речовину (метал) довго не вдавалось, оскільки всі природні сполуки Алюмінію надзвичайно тугоплавкі (так, температура плавлення чистого алюмінію 2072°С). Сучасний промисловий спосіб добування алюмінію – електротермічний. Глинозем з домішками деяких солей розчиняється у розплавленому кріоліті. Робоча температура розплаву близько 960°С. Йонно – молекулярний склад його досить складний. Електроди – графітові. При пропусканні електричного струму на катоді виділяється алюміній, на аноді – кисень, який «спалює» графіт з утворенням вуглекислого і чадного газу.

Алюміній – досить легкий і м’який метал (густина 2,7 г/см³, твердість за алмазною шкалою Мопса – 2,6), за електропровідністю не набагато поступається міді. Тому його використовують у чистому вигляді для виробництва електричних кабелів, виготовлення фольги для конденсаторів та побутових нужд, для добування металів (алюмотермія). Але найголовніша галузь використання алюмінію – виробництво легких, корозійностійких сплавів на його основі: дюралюмінію, силуміну, гідроналію, алюмінієвої бронзи, алюмелю та ін. Застосовуються вони, в першу чергу, на транспорті, в літако - та ракетобудуванні. Крім того, сплави алюмінію знайшли широке застосування в будівництві, архітектурі, побуті, легкій та харчовій промисловості (ні сам алюміній, ні його сполуки, як правило, не отруйні і не токсичні). За масштабним виробництвом алюміній зараз посідає друге місце після заліза і чорних металів.

Із складних хімічних сполук Алюмінію найбільше застосовування знаходять: оксид алюмінію (абразивні та шліфувальні матеріали, вогнетриви, хімічно стійка кераміка, штучні рубіни та сапфіри тощо); сульфат алюмінію (коагулянт для водоочищення, реагент для протравлення тканин перед фарбуванням, складова алюмокалієвих та алюмоамонійних галунів тощо), хлорид алюмінію (ефективний каталізатор в органічній хімії для реакцій, коагулянт для очищення води) та багато інших сполук.