6)Оксид и гидроксид алюминия. Получение и свойства

Оксид алюминия – Al2O3. Физические свойства: оксид алюминия – белый аморфный порошок или очень твердые белые кристаллы.

Получение: оксид алюминия получают методом восстановления алюминием металлов из их оксидов: хрома, молибдена, вольфрама, ванадия и др. – металлотермия, открытый Бекетовым:

Cr2O3 + Al = Al2O3 + 2Cr

Химические свойства:

Оксид алюминия проявляет амфотерные свойства

1. взаимодействие с кислотами

А12О3 +6HCl = 2AlCl3 + 3H2O

2. взаимодействие со щелочами

А12О3 + 2NaOH – 2NaAlO2 + H2O

Al2O3 + 2NaOH + 5H2O = 2Na[Al(OH)4(H2O)]

3. при накаливании смеси оксида соответствующего металла с порошком алюминия происходит бурная реакция, ведущая к выделению из взятого оксида свободного металла. Метод восстановления при помощи Al (алюмотермия) часто применяют для получения ряда элементов (Cr, Мп, V, W и др.) в свободном состоянии

2А1 + WO3 = А12Оз + W

4. взаимодействие с солями, имеющими сильнощелочную среду, вследствие гидролиза

Al2O3 + Na2CO3 = 2 NaAlO2 + CO2

Гидроксид алюминия – А1(ОН)3. Физические свойства: гидроксид алюминия – белы, аморфный (гелеобразный) или кристаллический. Почти не растворим в воде;

Получение:

1) из солей алюминия под действием раствора щелочей: AlСl3 + 3NaOH = Al(ОН)3 + 3Н2О;

2) разложением нитрида алюминия водой: AlN + 3Н2О = Аl(ОН)3 + NН3?;

3) пропусканием СО2 через раствор гидроксокомплекса: [Аl(ОН)4]-+ СО2 = Аl(ОН)3 + НСО3-;

4) действием на соли Аl гидратом аммиака; при комнатной температуре образуется Аl(ОН)3.

Химические свойства:

1. взаимодействие с кислотами

Al(OH)3 +3HCl = 2AlCl3 + 3H2O

2. при взаимодействии с сильными щелочами образуются соответствующие алюминаты:

NaOH + А1(ОН)з = Na[A1(OH)4]

3. термическое разложение

2Al(OH)3 = Al2О3 + 3H2O

Гидроксид алюминия не реагирует с гидратом аммиака, хлоридомаммония, диоксидами углерода и серы, сероводородом.

7.Амфотерность оксида и гидроксида алюминия. Комплексные соединения алюминия.

Al₂O₃  –  твердое вещество белого цвета, тугоплавкое. Не реагирует с водой и не растворяется.

Типичный амфотерный оксид, поэтому реагирует с кислотами и щелочами.

Al₂O₃ + 6 HCl = 2 AlCl₃ + 3 H₂O  

При сплавлении образуется метаалюминат натрия:

Al₂O₃ (тв)+ 2 NaOH (тв) ^t→ 2 NaAlO₂ + H₂O,  

В растворе щёлочи образуется тетрагидроксоалюминат натрия:

Al₂O₃ + 2 NaOH + 3 H₂O = 2Na[Al(OH)₄] 

Алюминаты неустойчивы и даже при слабом подкислении разрушаются:

Na[Al(OH)₄] + CO₂ = Al(OH)₃ + NaHCO₃

Al(OH)₃  – белое вещество, нерастворимое в воде,  амфотерный гидроксид.

Получают косвенно реакцией обмена между солью алюминия и щелочью:

AlCl₃ + NaOH (по каплям)= Al(OH)₃ ↓ + 3 NaCl 

Взаимодействует с кислотами и щелочами.

Al(OH)₃ + 3 HCl = AlCl₃ + 3 H₂O

В растворе: Al(OH)₃ + NaOH(избыток) = Na[Al(OH)₄]

или Al(OH)₃ + 3 NaOH = Na₃[Al(OH)₆]

В расплавах: Al(OH)₃ + NaOH = NaAlO₂ + 2H₂O

Очень часто амфотерные гидроксиды элементов в степени окисления +III существуют также в мета-форме, например:

AlO(OH) - метагидроксид алюминия

FeO(OH) - метагидроксид железа (орто-форма "Fe(OH)3" не существует).

Амфотерные гидроксиды практически нерастворимы в воде, наиболее удобный способ их получения - осаждение из водного раствора с помощью слабого основания - гидрата аммиака:

Al(NO3)3 + 3(NH3 · H2O) = Al(OH)3↓ + 3NH4NO3 (20 °C)

Al(NO3)3 + 3(NH3 · H2O) = AlO(OH)↓ + 3NH4NO3 + H2O (80 °C)

В случае использования избытка щелочей в обменной реакции подобного типа гидроксид алюминия осаждаться не будет, поскольку алюминий в силу своей амфотерности переходит в анион:

Al(OH)3(т) + OH− = [Al(OH)4]−

Пример молекулярного уравнения реакции этого типа:

Al(NO3)3 + 4NaOH(избыток) = Na[Al(OH)4] + 3NaNO3

Образующаяся соль относится к числу комплексных соединений (комплексных солей): они включают комплексный анион [Al(OH)4]−. Названия этой соли таково:

Na[Al(OH)4] - тетрагидроксоалюминат натрия

Растворение амфотерных гидроксидов в щелочных растворах рассматривается как процесс образования гидроксосолей (гидроксокомплексов). Экспериментально доказано существование гидроксомплексов [Аl(ОН)₄(Н₂О)₂]^-, [Аl(ОН)₆]^3-, [Аl(ОН)₅(Н₂O)]^2-; из них первый — наиболее прочный. Координационное число алюминия в этом комплексе равно 6, т.е. алюминий является шестикоординированным.

Комплексным (координационным) соединением (комплексом) называется такое соединение, в узлах кристаллической решетки которого находятся комплексные ионы, обладающие высокой симметрией, устойчивые как в твердом состоянии, так и в растворах. В центре комплексного иона находится металл (обычно d-металл, реже р-металл), который называется комплексообразователь. Вокруг него очень симметрично располагаются лиганды, за счет чего электронная плотность распределяется равномерно и комплекс становится устойчивым. Лигандами могут быть анионы кислот или нейтральные молекулы (Н₂О, СО, NH₃), которые имеют неподеленную пару электронов. Она принимает участие в донорно-акцепторном взаимодействии с вакантной орбиталью комплексообразователя.