Химические свойства

Химические свойства. Алюминий легко окисляется кислородом воздуха, покрываясь прочной защитной плёнкой оксида алюминия Al2O3. Подобная реакция протекает при горении раскалённого алюминия в чистом кислороде: 4Al + 3O2 2Al2O3. Данную реакцию мы можем наблюдать при горении бенгальских огней. 2. Если плёнку оксида алюминия разрушить, то этот металл будет активно взаимодействовать с водой при обычной температуре: 2Al + 6H2O = 2Al(OH)2 + H2↑. 3. Лишённый оксидной плёнки алюминий легко растворяется в щелочах с образованием алюминатов: 2Al + 2NaOH + 2H2O = 2NaAlO2 + 3H2↑. 4. Лишённый оксидной плёнки алюминий легко растворяется в разбавленных кислотах с выделением водорода: 2Al + 6HCl (разб.) = 2AlCl3 + 3H2↑, 2Al + 3H2SO4 (разб.) = Al2(SO4)3 + 3H2↑. 5. Сильно разбавленная и концентрированная азотная кислота пассивирует алюминий, поэтому для хранения и перевозки азотной кислоты используются алюминиевые ёмкости.

Но при нагревании алюминий растворяется в азотной кислоте: Al + 6HNO3 (конц.) = Al(NO3)3 + 3NO2↑ + 3H2O. 6. Алюминий взаимодействует с галогенами: 2Al + 3Br2 2AlBr3. 7. При высоких температурах алюминий взаимодействует с другими неметаллами (серой, азотом, углеродом): 2Al + 3S Al2S3 (сульфид алюминия), 2Al + N2 2AlN (нитрид алюминия), 4Al + 3C Al4C3 (карбид алюминия). Реакции протекают с выделением большого количества тепла. 8. Для алюминия характерны реакции алюминотермии – восстановления металлов из их оксидов алюминием.

Алюминотермия используется для получения редких металлов, образующих прочную связь с кислородом: ниобия Nb, тантала Та, молибдена Мо, вольфрама W и др. 2Al + 3WO3 3W + Al2O3. Смесь мелкого порошка Al и магнитного железняка Fe3O4 называется термитом, при поджоге которого выделяется большое количество тепла, и температура смеси повышается до 3500°С. Этот процесс используется при термитной сварке: 8Al + 3Fe3O4 9Fe + 4Al2O3. Нахождение в природе и применение Алюминий – третий по распространённости элемент после кислорода и кремния в земной коре. В природе встречается в основном в виде: 1) алюмосиликатов; 2) бокситов; 3) корунды; 4) глинозёма. Природные соединения алюминия:а – боксит; б – корунд; в – рубин; г – сапфир.

Основные области применения алюминия и его сплавов Алюминий используется в производстве зеркал оптических телескопов, в электротехнике, для производства сплавов (дюралюмин, силумин) в самолёто- и автомобилестроении, для алитирования чугунных и стальных изделий с целью повышения их коррозионной стойкости, для термической сварки, для получения редких металлов в свободном виде, в строительной промышленности, для изготовления контейнеров, фольги и т.п. Глава II. Основные соединения 1. Оксиды алюминия Оксид алюминия образует несколько полиморфных разновидностей, или форм, имеющих одинаковый химический состав, различное строение кристаллической решетки и, следовательно, различные свойства.

При производстве глинозема наибольшее значение имеют две из этих разновидностей: α–Al2O3 (альфа-глинозем или корунд) и γ–Al2O3 (гамма-глинозём). Корунд – наиболее устойчивая форма глинозёма; встречается в природе в виде бесцветных или окрашенных примесями кристаллов, а также получается искусственным путем: при кристаллизации расплавленного глинозема или нагревании гидроксидов алюминия до высокой температуры.

Кристаллизуется α–Al2O3 в тригональной системе.

Корунд химически стоек но отношению к многим химическим реагентам и расплавам.

Он очень медленно реагирует с растворами щелочей и кислот даже при высоких температурах.

Корунд обладает высокой твердостью (9 по шкале Мооса), практически не гигроскопичен, т.е. не поглощает влаги при хранении.

Плотность α–Al2O3 4г/см3, температура плавления 2050°С, температура кипения около 3500°С. Теплота образования α–Al2O3 по реакции: 2Alтв+1,5O2 газ = α–Al2O3 составляет примерно 1675 кДж/моль, теплота плавления 25 кДж/моль, теплота испарения примерно 630 кДж/моль. Гамма-глинозём имеет кристаллическую решётку кубической системы.

В зависимости от температуры получения γ–Аl2O3 кристаллизуется как в скрытокристаллической (высокодисперсной), так и в явнокристаллической формах.

В природе γ–Al2O3 не встречается, а образуется при нагревании одноводного гидроксида алюминия (бемита) до 500 °С. При дальнейшем нагревании γ–Al2O3 превращается в α–Al2O3. Температура превращения γ–Al2O3 в корунд зависит от химической природы стабилизирующего оксида. Если стабилизирующим оксидом является вода, то превращение происходит в температурном интервале 850–1050 °С; в присутствии оксида лития γ–Al2O3 превращается в α–Al2O3 при температуре выше 1500°С. Превращение γ–Al2O3 в α–Al2O3 сопровождается уменьшением объема иа 14,3 % и выделением 92 кД ж/моль тепла.

В отличие от α–Al2O3, γ–Al2O3 хорошо растворяется как в кислотах, так и в щелочах. При 400–500 °С γ–Al2O3 легко взаимодействует c фтористым водородом, образуя AlF3. Скрытокристаллический γ–Al2O3 обладает большой способностью поглощать влагу (сильно гигроскопичен), а также другие вещества.

Плотность γ–Al2O3 3,42 г/см3, теплота образования 1583 кДж/моль. При кристаллизации расплавленного глинозема, содержащего примеси соединении щелочных и щелочноземельных металлов, может быть получена β – разновидность оксида алюминия. Исследованиями установлено, что β–Al2O3 не является чистым оксидом алюминия, а представляет собой химическое соединение Al2O3 с оксидами щелочных и щелочноземельных металлов (Na2O•11Al2O3, CaO•6Al2O3, BaO•6Al2O3). Твердость и плотность β–Al2O3 меньше, чем корунда.

При нагревании до температуры 1600–1700 °С происходит разложение β–Al2O3 и превращение его в α–Al2O3. В литературе имеются также указания о существовании промежуточных разновидностей оксида алюминия, которые образуются при прокаливании гидроксидов алюминия. Технический глинозем практически представляет собой смесь α– и β глинозема. Кристаллическая решетка глинозема имеет ионное строение – построена из нонов Аl3+ и О2 Известны соединения алюминия с кислородом низшей валентности, в которых алюминии является одно- и двухвалентным: Al2O и АlO. Их получают при высоких температурах восстановлением глинозема или при его термическом разложении. 2.2.