84. Алюминий, его физические и химические свойства. Амфотерность алюминия. Алюминаты. Получение алюминия и его солей.

Физические свойства алюминия

Алюминий — мягкий, легкий, серебристо-белый металл с высокой тепло- и электропроводностью. Температура плавления 660°C.

По распространенности в земной коре алюминий занимает 3-е место после кислорода и кремния среди всех атомов и 1-е место — среди металлов.

К достоинствам алюминия и его сплавов следует отнести его малую плотность (2,7 г/см3), сравнительно высокие прочностные характеристики, хорошую тепло- и электропроводность, технологичность, высокую коррозионную стойкость. Совокупность этих свойств позволяет отнести алюминий к числу важнейших технических материалов.

Алюминий и его сплавы делятся по способу получения на деформируемые, подвергаемые обработке давлением и литейные, используемые в виде фасонного литья; по применению термической обработки — на термически не упрочняемые и термически упрочняемые, а также по системам легирования.

Химические свойства

На воздухе алюминий быстро окисляется, покрываясь оксидной плёнкой. Она защищает металл от коррозии, а также препятствует взаимодействию с концентрированными кислотами (азотной, серной).

Поэтому кислоты хранят и перевозят в алюминиевой таре.

При обычных условиях реакции с алюминием возможны только после удаления оксидной плёнки. Большинство реакций протекают при высоких температурах.

Основные химические свойства элемента.

С кислородом

Горит при высоких температурах с выделением тепла

4Al + 3O₂ → 2Al₂O₃

С неметаллом

Взаимодействует с серой при температуре выше 200°С, с фосфором – при 500°С, с азотом – при 800°С, с углеродом – при 2000°С

– 2Al + 3S → Al₂S₃;

– Al + P → AlP;

– 2Al + N₂ → 2AlN;

– 4Al + 3C → Al₄C₃

С галогенами

Реагирует при обычных условиях, с йодом – при нагревании в присутствии катализатора (воды)

– 2Al + 3Cl₂ → 2AlCl₃;

– 2Al + 3I₂ → 2AlI₃;

– 2Al + 3Br₂ → 2AlBr₃

С кислотами

Реагирует с разбавленными кислотами при обычных условиях, с концентрированными – при нагревании

– 2Al + 3H₂SO₄(разбав.) → Al₂(SO₄)₃ + 3H₂;

– Al + 6HNO₃(конц.) → Al(NO₃)₃ + 3NO₂ + 3H₂O

Со щелочами

Реагирует с водными растворами щелочей и при сплавлении

– 2Al + 2NaOH + 10H₂O → 2Na[Al(H₂O)₂(OH)₄] + 3H₂;

– 2Al + 6KOH → 2KAlO₂ + 2K₂O + 3H₂

С оксидами

Вытесняет менее активные металлы

2Al + Fe₂O₃ → 2Fe + Al₂O₃

Алюминий – амфотерный элемент. Это означает, что его соединения могут проявлять кислотные свойства и образовывать соли с активными металлами. В зависимости от условий реакции соль может быть безводной, например, KAlO2. Эта безводная соль в некоторых изданиях представлена как \rm K3AlO3. Разница между этими двумя способами представления безводной соли скорее стилистическая. Оба варианта являются правильными, ни один из них не будет засчитан на ЕГЭ за ошибку. При попытке получить ту же соль в водной среде получается гидроксокомплекс. Его формулу записывают как K[Al(OH)4] или K3[Al(OH)6]. Здесь снова оба варианта являются равноправными. Обе эти соли, безводную и гидроксокомплекс, можно получать из алюминия, его оксида и гидроксида. Соли можно превращать друг в друга.

Алюминаты — соли, образующиеся при действии щёлочи на свежеосаждённый гидроксид алюминия.

Получение

Впервые алюминий был получен Гансом Эрстедом в 1825 году. Современный метод получения разработали независимо друг от друга американец Чарльз Холл и француз Поль Эру. Он заключается в растворении оксида алюминия Al2O3 в расплаве криолита Na3AlF6 с последующим электролизом с использованием графитовых электродов. Такой метод получения требует больших затрат электроэнергии, и поэтому оказался востребован только в XX веке.