4. Общая характеристика и химические свойства алюминия, индия, галлия и таллия.
Алюминий самый распространенный металл на земле. Природными источниками являются различные алюмосиликаты, например, нефелин (Na2O . Al2O3 . 2SiO2) . Наиболее концентрированные источники боксит (Al2O3.xH2O) и корунд (Al2O3).
Al в чистом виде – мягкий, лёгкий металл, хороший тепло- и электропроводник. Валентные возможности 1 и 3, со 0, +1, +3, при этом соединения со +3 доминируют.
Al- достаточно реакционный Ме, уступающий по активности лишь щелочным и щелочноземельным Ме. Легко окисляется на воздухе, но образующаяся на поверхности плотная оксидная пленка предозраняет от дальнейшего взаимодействия с кислородом. Именно поэтому медленно вступает в хим. взаимодействие, поскольку первоначально должна быть разрушена оксидная пленка. Для увеличения толщены пленки Al подвергают анодированию, которое осуществляется электролизом разбавленного раствора H2SO4, где анодом служит алюминиевое изделие. Добавление в р-р красителей позволяет получить анодированный Al с окрашенными покрытиями.
В целом Al основнее В, но кислотнее Mg; ион Al 3+ -сильный поляризатор, склонен к образованию комплексных соединений, отмечается не ярко выраженная склонность к полимеризации соединений.
Холодные концентрированные растворы H2SO4 и HNO3 пассивируют Al, поэтому эти кислоты перевозят в алюминиевых цистернах. После удаления пленки Al активно реагирует с растворами минеральных к-т:
2Al+ 6H + = 2Al 3+ + 3H2;
Разбавленную азотную к-ту восстанавливает до NH4 + (N2):
Al – амфотерный металл, сравнительно легко растворяется в р-рах щелочей и сплавляется с ними:
Вопрос о составе гидроксокомплексов – дискуссивный; по всей видимости, в различных областях концентрации щелочи возможны разные гидроксокомплексы.
При нагревании порошкообразный алюминий легко взаимодействует с неметаллами:
2 Al + 3S = Al2S3
4Al + 3O2 = 2Al2O3
Al используют как восстановитель металлов из оксидов( алюмотермия), таким способом получают в промышленности Cr, Ba, W, Mn, V, Sr, Ca.
Общая характеристика и химические свойства индия, галлия и таллия.
Сравнительно малораспространенные, рассеянные Ме. Проявляют в соединениях со: 0, +1, +2, +3.
В ряду Ga-In-Tl растет склонность к проявлению со +1. Обратим внимание, что ион Al3+ имеет электронную конфигурацию благородногазового типа, а ионы Ga 3+ , In 3+ Tl 3+ - нет.
У галлия очень большой интервал жидкого состояния(около 2200К), при этом жидкий галлий имеет плотность выше кристаллического.
Ga и In растворяются в р-рах минеральных к-т, образуя соли с катионом Э 3+
Растворяясь в минеральных к-тах, Tl дает соли с катионом Tl+:
C водой медленно реагирует только Tl:
Ga амфотерен, и( как Al) растворим в водных р-рах щелочей.
При этом в зависимости от концентр. Цёлочи обр. гидроксогаллаты (K[Ga(OH)4]; K3[Ga(OH)6]) или галлаты(KGaO2). Эти соединения устойчивы только в сильнощелочных р-рах.
In медленно растворим в щелочах, Tl можно растворить в тех же условиях, лишь окисляя.
Порошки Ме. Сгорая образуют Э2О3, в случае Tl получается ещё и Tl2O.
Me уже при комнатной температуре реагируют с F2, Cl2, Br2, а при повышенной с I2, S,P, и др.
Получение алюминия, его оксида и гидроксида в промышленности.
Оксид, гидроксид и соли алюминия: их получение и свойства.
Алюминий получают электролизом расплава Al2O3 в криолите Na3[AlF6](90-95%) ; добавлением криолита добиваются снижения температуры плавления реакционной смеси до 1000 о С (температура плавления самого Al2O3 составляет 2050 о С). Электролиз проводят при силе тока около 1500000 А и напряжении 5-6 В. Электролизер представляет собой железную ванну, выложенную огнеупором; дно ванны графитовое, оно является катодом. Анодами служат алюминиевые каркасы, заполненные графитом. При плавлении Al2O3 подвергается ионизации:
Процессы, идущие при электролизе:
На катоде: 2Al 3+ + 6е = 2Al
Алюминий оседает на дно ванны и сливается, часть графита с анодов неизбежно попадает в алюминий, именно этим обуславливается сероватый налет, появляющийся на поверхности алюминиевого изделия при обработке его кислотой или щелочью.
Гидрид алюминия получают косвенным путем:
Синтез ведут в безводной среде; полимерное соед. (AlH3)n.
Широкое применение в качестве сильных восстановителей находят комплексные алюмогидридные соединения, например:
Ион [AlH4] - - тэтраэдрическое строение, sp 3 - гибрид.
Известные 3 полиморфные модификации Al2O3(к) . Только одна из них не безразлична к р-рам кислот и щелочей и четко демонстрирует амфотерность этого соединения:
Наиболее простые способы получения Al2O3:
Добавление небольшого кол-ва щелочи к р-рам солей алюминия ведёт к осаждению малорастворимого Al(OH)3. Лучшими вариантами получения Al(OH)3 являются:
Al(OH)3 представляет собой полимер. Как Al2O3 и Al, проявляет амфотерные св-ва:
Галогениды алюминия занимают промежуточное положение между солями и галогенангидридами. AlF3 малорастворим в воде, высокоплавок, малоактивен. Остальные галогениды Al, наоборот, отлично растворимы в воде и ряде органических растворителей.
Все растворимые соли Al 3+ подвергаются гидролизу в водных р-рах:
Al 3+ + H2O ↔ AlOH 2+ + H +
Не могут быть получены в водных р-рах соли алюминия с анионами слабых к-т: сульфид, цианид, карбонат, сульфит и др. В газовой фазе галогениды алюминия склонны к полимеризации.