ЕXAMCHEMISTRY

Готовимся к сдаче ЕГЭ по химии

Общая характеристика подгруппы

₅В 1s²2s²2p¹

₁₃Аl [Ne]3s²3p¹

₃₁Ga[Ar]3d¹⁰4s²4p¹

₄₉ln [Kr]4d¹⁰5s²5p¹

₈₁Tl [Xe]4f¹⁴5d¹⁰6s²6p¹

С ростом заряда ядра многие важнейшие характеристики элементов изменяются немонотонно, в том числе и атомный радиус. Соответственно, свойства простых веществ, оксидов, гидроксидов и других соединений этих элементов имеют неоднозначный характер изменения. Особенно резко выделяется первый элемент подгруппы - бор, являющийся единственным неметаллом среди s²p¹-элементов. Бор проявляет диагональное сходство с элементом главной подгруппы IV группы - кремнием Si.

Алюминий - важнейший элемент подгруппы, также имеет целый ряд специфических особенностей, отличающих его от бора, с одной стороны, и от подгруппы галлия, с другой стороны.

Характеристические соединения

Алюминий

₁₃Аl [Ne] 3s²3p¹

Ar 26.982

1 стабильный изотоп ²⁷Al

ЭО 1.5

E° -1,67 В

Кларк в земной коре 8,8 % по массе, самый распространенный металл. В свободном виде не встречается.
Основная форма нахождения в природе - Аl₂O₃ (в составе различных силикатов, полевых шпатов и глин). Встречается также в виде двойных солей: KAl(SO₄)₂, Na₃[AlF₆] и др.

Физические свойства

Простое вещество алюминий - лёгкий, парамагнитный металл серебристо-белого цвета, легко поддающийся формовке, литью, механической обработке. Алюминий обладает высокой тепло- и электропроводностью, стойкостью к коррозии за счёт быстрого образования прочных оксидных плёнок, защищающих поверхность от дальнейшего взаимодействия. Алюминий обладает высокой электропроводностью и теплопроводностью, обладает высокой светоотражательной способностью. По электропроводности занимает 4-е место после Сu, Аg, Аu.

Способы получения

1. Электролиз расплава AlCl₃:

2AlCl₃ = 2Al + 3Cl₂

2. Основной промышленный способ - электролиз расплава Al₂O₃ (глинозема) в криолите 3NaF • AlF₃:

2Al₂O₃ = 4AI + 3O₂

3. Вакуумтермический:

AlCl₃ + ЗК = Al + 3KCl

Химические свойства

Аl - очень химически активный металл, однако при обычных условиях ведет себя довольно инертно - имеет высокую температуру воспламенения, со многими веществами реагирует только при высокой температуре; все реакции с участием Al проходят через первоначальный замедленный период. Такое химическое поведение алюминия объясняется наличием на его поверхности очень тонкой, прочной, газо- и водонепроницаемой пленки Al₂O₃. При нарушении цельности этой пленки AI реагирует со многими веществами как активный восстановитель:

Al⁰ - Зе^- → Аl³⁺

В подавляющем большинстве соединений атомы алюминия связаны с соседними атомами ионными связями.

1. Взаимодействие с кислородом и другими неметаллами (галогенами, серой, азотом, углеродом). Наиболее активно реагирует порошкообразный Al (алюминиевая пудра).

a) 4Al + 3O₂ = 2Аl₂О₃

При обычной температуре реакция протекает только на поверхности. После нагревания до температуры воспламенения измельченный Аl сгорает с высоким экзотермичным эффектом.

б) 2Al + 3Cl₂ = 2АlСl₃ хлорид

2Al + ЗВr₂ = 2АlВr₃ бромид

2Al + 3I₂ = 2AlI₃ йодид

Реакция с I₂ протекает в присутствии воды. С F₂ реакции нет. т. к. в первый же момент образуется прочный поверхностный слой AlF₃.

в) 2Al + 3S = Al₂S₃ сульфид

2Al + N₂ = 2AlN нитрид

4Al + ЗС = АlС₃ карбид

г) C Н₂ алюминий непосредственно не соединяется.

2. Взаимодействие с водой в присутствии щелочи.

Роль щелочи.

1) растворение оксидной пленки Al₂O₃;

2) предотвращение образования нерастворимого гидроксида Аl(ОН)₃.

2Al + 6Н₂O + 2NaOH = 2Na[Al(OH)₄] + 3H₂↑

Na[Al(OH)₄] - тетрагидроксо-алюминат натрия

В отсутствие щелочи алюминий может вытеснять Н₂ из воды в следующих условиях:

1) если его поверхность амальгамировать (покрыть ртутью);

2) в вакууме или в среде инертного газа после предварительной очистки поверхности металла от оксидной пленки.

3. Взаимодействие с «неокисляющими» кислотами (HCl, H₂SO₄ разб. и др.)

2Al + 6Н⁺ → 2Al³⁺ + 3H₂↑

2Al + 6HCl = 2AlCl₃ + 3H₂↑

2Al + 3H₂SO₄ = Al₂(SO₄)₃ + 3H₂↑

4. Взаимодействие с очень концентрированными HNO₃ и H₂SO₄

При обычной Т реакции не протекают, т. к. происходит пассивирование поверхности Al, связанное с внедрением в нее атомарного или молекулярного кислорода, а также образованием его нерастворимых соединений с Al.

При нагревании реакции протекают довольно активно:

Al + 6HNO₃конц. = Al(NO₃)₃ + 3NO₂↑ + 3H₂O

8Al + 15H₂SO₄ конц.= 4Al₂(SO₄)₃ + 3H₂S↑ + 12Н₂O

5. Взаимодействие с разбавленной HNO₃

Реакция медленно протекает при обычной Т, при нагревании - более быстро.

Al + 4HNO₃ = Al(NO₃)₃ + NO↑ + 2H₂O

8Al + 30HNO₃оч.разб = 8Al(NO₃)₃ + 3NH₄NO₃ + 9₂O

6. Взаимодействие с органическими кислотами

Реакции протекают с разбавленными уксусной и лимонной кислотами при нагревании, ускоряются в присутствии NaCl:

Al + 6СН₃СООН = 2(СН₃СОО)₃Al + 3H₂↑

7. Восстановление металлов из их оксидов (алюминотермия)

2Al + Сr₂O₃ = 2Cr + Al₂O₃

Применение алюминия