Группы побочной подгруппы. Алюминий. — КиберПедия 

Особенности сооружения опор в сложных условиях: Сооружение ВЛ в районах с суровыми климатическими и тяжелыми геологическими условиями...

Двойное оплодотворение у цветковых растений: Оплодотворение - это процесс слияния мужской и женской половых клеток с образованием зиготы...

Группы побочной подгруппы. Алюминий.

2017-11-16 260
Группы побочной подгруппы. Алюминий. 0.00 из 5.00 0 оценок
Заказать работу

 

В 111А группу входят металлы алюминий, галлий, индий, талий. На внешнем электронном уровне этих элементов имеется по три электрона их конфигурация может быть выражена как s2p1. Атомы этих элементов легко отдают три электрона или при возбуждении атома один s- электрон переходит на р-подуровень. При этом образуется три не спаренных электрона с электронной конфигурацией s1p2.

Элементы 111А группы образуют соединения, в которых их степени окисления равны +1,+3. Однако соединения элементов с окислительными числом +1 устойчивы только у талия. Для алюминия и галлия характерна степень окисления +3, для индия, кроме степени окисления +3 возможны +2,+1, а для талия более типична степень окисления +1.

Внутри подгруппы с возрастанием заряда ядра энергия ионизации атомов уменьшается и металлические свойства элементов возрастают. Алюминий – уже металл, но не типичный. Его гидроксид обладает амфотерными свойствами. Все элементы р- группы образуют оксиды типа R2O3. Или отвечают гидроксиды состава R(OH)3. Основными представителем металлов р-семейства из элементов 111 группы является алюминий.

Характеристика металлов 111А группы представлена в таблице:

 

Характеристи-ка 13Алюминий 3Галлий 44Индий 81Талий
Элетронная формула (Ne)3s23p1 (Ar)3d104s2 4p1 (Kr)4d105s2 5p1 (Xe)4f145d10 6s26p1
Атомная масса 26,981 69,72 114,82 204,37
Потенциал ионизации, эВ 5,98 6,00 5,78 6,11
Электроотрицательность 1,5 1,6 1,7 1,8
Степень окисления +1,+3 +1,+3 +1,+2,+3 +1,+3
Электрод потенциал Е0 -1,66 -0,52 -0,34 -0,33
Темпер,пл. С0   29,8    
Темпер,кип, С0        
Содержание на Земле,%(ат) 5,5 4 10-4 2 10-6 8 10-7

 

Электронная конфигурация атома алюминия 1s2 2s263 s21.

Алюминий – самый распространенный в природе металл. Его содержание в земной коре составляет 8% по массе. Алюмосиликаты составляют основную массу земной коры. Их можно рассматривать как соли, образованные оксидами алюминия, кремния, щелочных и щелочноземельных металлов.

K2O *Al2O3 *6 SiO2 - полевой шпат

Al2O3 * 2 SiO2 * 2H2O - глина

K2O *3Al2O3 * 6SiO2 *2H2O - слюда.

Другим важным минералом является болсит Al2O3 * n H2O, Al2O3 –корунд, криолит Na3(AlF6). Основным сырьем для производства алюминия служат болситы- горная порода, состоящая таким образом из гидратированного оксида алюминия Al2O3 nH2O, содержащего 32-60% глинозема Al2O3). Корунд- минерал состава Al2O3 обладает большой твердостью, применяют как абразивный материал. Криолит- минерал состава AlF3 *3 NaF или Na3 AlF6. Его применяют в металлургии алюминия. Алюминий серебристо- белый металл с с гранецентрированной решеткой плотность 2,7 г/см3. Очень пластичный, легко вытягивается в проволоку и раскатывается в листы, обладает высокой электро-и теплопроводностью. Алюминий очень активный металл. В ряду напряжений он стоит после щелочных и щелочно-земельных металлов, Несмотря на довольно высокое отрицательное значение электрондного потенциала (-1,66 в) алюминий в воде не растворяется из-за устойчивой оксидной пленки

4Al + 3 O2 = 2Al2O3

В результате такого окисления на поверхности алюминия образуется прочная защитная пленка оксида, предохраняющая его от дальнейшего окисления. Этим объясняется высокая стойкость алюминиевых изделий к морской воде. Разбавленная соляная и серная кислоты легко растворяют алюминий, особенно при нагревании.

2Al +6 HCl=2AlCl3+3H2O

2Al+ 3H2SO4(p)=Al2(SO4)2+3H2

Холодная концентрированная азотная и серная кислоты пассивируют алюминий. При действии этих кислот увеличивается толщина защитной пленки на металл и он не растворяется.

2Al + 6HNO3(k) = Al2O3 ¯+ 6NO2+3H2O


При действии на алюминий водных растворов щелочей слой оксида реагирует, образуя алюминаты. В этом проявляется амфотерный характер оксида алюминия.

Al2O3+2NaOH = 2NaAlO2+H2O

После растворения поверхностного слоя оксид алюминий, лишенный защитной пленки, реагирует с водой, образуя гидроксид.

2Al +6HOH= 2Al(OH)3+3H2

Гидроксид алюминия будучи амфотерным, реагирует со щелочью образуя тетрагидроксоалюминат натрия

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

Суммируя два последних уравнения мы получим реакцию взаимодействия алюминия с растворами щелочей.

2Al+2NaOH+6 H2O= 2Na(Al(OH)4)+3H2­

При комнатной температуре алюминий реагирует с галогенами

2Al+3Cl2=2AlCl3

При нагревании алюминий взаимодействует со многими неметаллами;

4Al+3O2=2Al2O3

2Al+N2=2AlN

2Al+3S=Al2S3

2Al+3J2=2AlJ3

4Al+3C=Al4C3

C - S-серой,N-азот,C-углерод, алюминийй реагирует при высокой температуре обладая большим сродством к кислороду, алюминий восстанавливает многие металлы из их оксидов. Это свойство алюминия находит широкое применение при получении металлов из их оксидов (алюминотерапии):

Fe2O3+2Al=Al2O3+2Fe+848 kДж

Cr2O3+2Al=Al2O3+2Cr

Получение. В настоящее время алюминий получают электролизом расплава оксида алюминия. Последний имеет высокую температуру плавления (20450С) Поэтому оксид алюминия растворяют в расплавленном криолите Na3AlF6 с одновременной добавкой фторидов (CaF2, MgF2 или AlF3), что снижает температуру плавления смеси до 1000 0С. В растворе оксид алюминия диссоциирует по типу соли алюминиевой кислоты на катионы алюминия и анионы кислотного остатка.

AlAlO3=Al+3+AlO-33

При пропускании через расплав электрического тока катионы Al+3 движутся к катоду, восстанавливаются до Al0 и собираются на дне электролизера. Анионы AlO-33 движутся к аноду, где разряжаются:

Уравнения электродных процессов:

Катод (-) Al+3 +3e=Al0 4

Анод (+) 4AlO-33 –12e=2Al3O3 +3O2 1

электролиз

4Al+3+4AlO-33 4Al+ 2 Al 2O3 + 3O2 или

электролиз

2Al2O3 4Al+3O2

Образующийся кислород снижает графитовые аноды:

C+O2=CO2 или 2C+O2=2CO

Примечание: По практическому применению алюминия занимает одно из первых мест среди металлов. Важнейшая область применения алюминия- производство легких сплавов на его основе. Алюминий является одной из самых распространенных легирующих добавок в сплавах на основе меди, магния, титана, никеля, цинка и железа. В виде чистого металла алюминий используется для изготовления химической аппаратуры, электрических проводов. Алюминиевая фольга применяется для изготовления конденсаторов, для защиты металлов от коррозии.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ.

1. Как изменяется энергия, ионизации, энергия сродства к электрону и электроотрицательность р-элементов в периоде и в группе периодической системы с увеличением порядкового номера. Почему?

2. В виде каких соединений алюминий встречается в природе? Как получают алюминий в промышленности.

3. В чем заключается сущность процесса алюмотермии?

4. Какое положение занимает алюминий в ряду напряжений металлов. Отношение его к кислороду воздуха, к воде, кислотам и щелочам? Чем объясняется устойчивость алюминия по отношению к концентрированной азотной кислоте? Написать уравнения реакций взаимодействия алюминия с разбавленной и концентрированной кислотами: серной, азотной, соляной.

5. Осуществить следующие превращения:

Al--- Al2(SO4)3 ---- Na[Al(OH)4]---- Al(NO3)3

 

6. Приведите молекулярные, ионные уравнения реакций взаимодействия нитрата алюминия с растворами:

а) сульфида алюминия

б) карбоната натрия

8. Почему алюминий вытесняет водород из воды только в щелочном растворе? Напишите уравнения соответствующих реакций. Составьте электронные уравнения.


Поделиться с друзьями:

История развития пистолетов-пулеметов: Предпосылкой для возникновения пистолетов-пулеметов послужила давняя тенденция тяготения винтовок...

Историки об Елизавете Петровне: Елизавета попала между двумя встречными культурными течениями, воспитывалась среди новых европейских веяний и преданий...

Биохимия спиртового брожения: Основу технологии получения пива составляет спиртовое брожение, - при котором сахар превращается...

Таксономические единицы (категории) растений: Каждая система классификации состоит из определённых соподчиненных друг другу...



© cyberpedia.su 2017-2024 - Не является автором материалов. Исключительное право сохранено за автором текста.
Если вы не хотите, чтобы данный материал был у нас на сайте, перейдите по ссылке: Нарушение авторских прав. Мы поможем в написании вашей работы!

0.023 с.