3. Алюминий

1) Химический символ Al. Расположен в 3 периоде IIIа группе ПСЭ. Порядковый номер 13. Электронная конфигурация ₁₃Al = 1s²2s²2p⁶3s²3p¹. Относительная атомная масса 27.

2) Алюминий ‑ легкий, серебристый блестящий металл.  = 2,7 г/см³, Т_пл =660 ºС, Т_кип =2520 ºС. На воздухе очень быстро тускнеет за счет окисления. Обладает высокой электропроводностью, уступая только элементам Ia подгруппы ПСЭ – меди, серебру и золоту.

3) Основным способом получения алюминия является электролиз расплава Al₂O₃ в криолите Na₃[AlF₆] с угольным анодом (рисунок 15).

Рис. 15. Электролизная ванна для производства алюминия. 1 – угольные аноды, 2 – корпус ванны, 3 – расплав оксида алюминия в криолите, 4 – подсоединение источника тока, 5 – катод, 6 – слив расплавленного алюминия

Катодный процесс

Анодный процесс

Выделяющийся кислород при температуре около 900 ºС реагирует с углеродом, образуя оксид углерода (II) СО.

Объединяя все процессы, можно записать

.

По мере выгорания угольных анодов, они постепенно опускаются в расплав. Очистка алюминия осуществляется вакуумной переплавкой или продувкой хлором при высокой температуре.

4. Алюминий ‑ очень активный металл. Устойчивая степень окисления +3.

Алюминий активно реагирует со многими неметаллами

‑ эта реакция идет только на поверхности алюминия, поскольку AlF₃, аналогично Al₂O₃, образует очень прочную защитную пленку.

Алюминий – один из самых оксофильных элементов, образует очень прочное соединение с кислородом. Поэтому алюминий реагирует со многими оксидами с выделением свободного металла

Эти реакции применяются для металлотермического получения металлов.

Значение стандартного окислительно-восстановительного потенциала в водном растворе , поэтому алюминий активно реагирует с водой (если удалить пленку оксида) и разбавленными кислотами.

С концентрированной серной и азотной кислотой при комнатной температуре алюминий не реагирует – пассивируется.

Алюминий проявляет типичные амфотерные свойства, поэтому кроме кислот реагирует и с основаниями, при этом так же выделяется водород.

Реакция со щелочью протекает активнее, чем с кислотами.

Аналогично магнию, алюминий способен вытеснять менее активные металлы из растворов из солей, например

Оксид алюминия Al₂O₃ и гидроксид алюминия Al(OH)₃, аналогично алюминию, также являются амфотерными соединениями с преобладанием основных свойств, и способны реагировать как с основаниями, так и с кислотами. При этом следует отметить, что кристаллический оксид алюминия не реагирует с кислотами и основаниями, а аморфный способен к взаимодействию

Аналогично можно написать для Al(OH)₃:

Как уже отмечалось выше, растворимые соли алюминия в водных растворах подвергаются гидролизу. Соли слабых кислот и алюминия вообще из водных растворов получить нельзя, например, при смешивании водных растворов соли алюминия и какого-либо сульфида протекает реакция

5) В промышленности находят применение, как металлический алюминий, так и его соединения.

Al₂O₃ является катализатором более 10 различных важных технологических процессов, таких как, реакции изомеризации углеводородов, дегидратации спиртов, кроме того, Al₂O₃ служит сырьем для получения алюминия.

Один из кристаллических модификаций Al₂O₃ – корунд, имеет твердость по шкале Мооса 9, уступая только алмазу. Мелкодисперсный Al₂O₃ используется как абразивный материал.

Al₂(SO₄)₃ ‑ один из наиболее эффективных неорганических флокулянтов, используемых в технологическом режиме водоподготовки для осветления природной воды (удаления взвешенных частиц).

Галогениды алюминия AlCl₃ и AlBr₃ так же используются как катализаторы некоторых химических процессов, таких как реакции изомеризации, алкилирования и полимеризации.

Квасцы KAl(SO₄)₂·12H₂O применяются в текстильной и кожевенной промышленности.

Применение алюминия

• вследствие высокой электропроводности используется для изготовления электрических проводов.

• порошок алюминия, диспергированный в олифе, применяют для окраски металлических изделий («серебряная» краска)

• широко используется для получения легких конструкционных сплавов (дюралюминий, сплавы с Cu, Ti, Mn, Mg). Эти сплавы обладают достаточно высокой коррозионной стойкостью при невысоких температурах, высокой прочностью, являются легкими.

• применяется для металлотермического получения других металлов ‑ хрома, титана, висмута, ванадия и др.

6) Алюминий не относится к токсичным металлам, однако мелкодисперсная пыль способна поражать слизистые оболочки.