28. Алюминий. Нахождение в природе. Получение Химические свойства. Соединения алюминия. Применение.

Алюминий (Al) - химический элемент третьей группы периодической системы. Атомный номер 13, атомная масса 26,9815. Это серебристо-белый металл, легкий , легкоплавкий (t_пл = 660,4 °С ), пластичный . Электропроводность алюминия довольно высока и уступает только серебру (Ag) и меди (Cu) (в 2,3 раза больше чем у меди)

Алюминий находится практически везде на земном шаре так как его оксид (Al₂O₃) составляет основу глинозема. Алюминий в природе встречается в соединениях - его основные минералы: боксит , алунит , нефелин , корунд , полевой шпат , каолинит .

В настоящее время в промышленности алюминий получают электролизом раствора глинозема Al₂O₃ в расплавленнном криолите.

Заряд ядра алюминия +13. Его электронное строение атома 1s₂2s₂2p₆3s₂3p₁. Металлический атомный радиус 0,143 нм, ковалентный - 0,126 нм, условный радиус иона Al³⁺ - 0,057 нм. Энергия ионизации Al - Al⁺ 5,99 эВ. Наиболее характерная степень окисления атома алюминия +3.

Кристаллизуется в гранецентрированной кубической решетке. Характеризуется высокой тягучестью, теплопроводностью и электропроводностью .

На воздухе алюминий покрывается плотной пленкой оксида .

Алюминиевая фольга применяется в пищевой и фармацевтической промышленности для упаковки продуктов и препаратов.

Основную массу алюминия используют для получения различных сплавов .Важнейшие из них - дуралюминий , силумин и др. Алюминий, кроме того, применяется как легирующая добавка ко многим сплавам для придания им жаростойкости.

Алюминий заметно растворяется в растворах солей, имеющих вследствие их гидролиза кислую или щелочную реакцию, например, в растворе Na₂CO₃. Во всех своих устойчивых соединениях алюминий трехвалентен.

Оксид алюминия представляет собой белую, очень тугоплавкую и нерастворимую в воде массу. С кислотами Al(OH)₃ образует соли.

Алюмосиликаты можно рассматривать как силикаты, в которых часть кремниекислородных тетраэдров SiO₄^4- заменена на алюмокислородные тетраэдры AlO₄^5-. Из алюмосиликатов наиболее распространены полевые шпаты .

Галогениды алюминия в обычных условиях - бесцветные кристаллические вещества.Он тугоплавок, мало растворяется в воде, химически неактивен. Основной способ получения AlF₃ основан на действии безводного HF на Al₂O₃ или Al: Al₂O₃ + 6HF = 2AlF₃ + 3H₂O

Взаимодействие галогенидов алюминия с водой сопровождается выделением теплоты.

Хотя с водородом алюминий химически не взаимодействует, гидрид алюминия можно получить косвенным путем. Он представляет собой белую аморфную массу состава (AlH₃)_n. Разлагается при нагревании выше 105^оС с выделением водорода.

При взаимодействии AlH₃ с основными гидридами в эфирном растворе образуются гидроалюминаты: LiH + AlH₃ = Li[AlH₄]

Гидридоалюминаты - белые твердые вещества. Бурно разлагаются водой. Они - сильные восстановители.

Сульфат алюминия Al₂(SO₄)₃^.18H₂O получается при действии горячей серной кислоты на оксид алюминия или на каолин. Применяется для очистки воды, а также при приготовлении некоторых сортов бумаги.

29. p-Элементы IVА группы. Общая характеристика. Углерод. Нахождение в природе. Алмаз, графит. Химические свойства.

Главную подгруппу четвертой группы периодической системы образуют пять элементов — углерод, кремний, германий, олово и свинец. При переходе от углерода к свинцу размеры атомов возрастают. Поэтому сле­дует ожидать, что способность к присоединению электронов, а следовательно : неметаллические свойства будут при этом ослабевать, легкость же отдачи элек тронов — возрастать. Действительно, уже у германия проявляются металлические свойства, а у олова и свинца они преобладают над неметаллически .

Для элементов рассматриваемой группы характерны степени окисления -. и +4.

Углерод находится в природе как в свободном состоянии, так и в виде многочисленных соединений. Свободный углерод встречается в виде алмаза и графита. Крупнейшие месторождения алмазов имеются в Африке

Некоторые из ископаемых углей содержат до 99% углерода.

В недрах Земли находятся большие скопления нефти, представляющих

углеродсодержащие соединенийя . В воздухе всегда имеется диоксид углерода.

Алмаз — бесцветное, прозрачное вещество, преломляющее лучи света. Атомы углерода в алмазе находятся в состоянии sр³-гибридизации . Алмаз используют для обработки различ­ное твердых материалов, для бурения горных пород. По электриче­ским свойствам алмаз — изолятор. Ввиду большой ценности алмазов их получают искусственным путем из гра­фита. Для этого применяют очень высокое давление (порядка 10¹⁰ Па) и дли­тельный нагрев при температуре около 3000°С. При прокаливании в кислороде алмаз сгорает, образуя диоксид углерода. Если сильно нагреть алмаз без доступа воздуха, то он превращается в графит.

Графит представляет собой непрочный ,темно-серый кристалл со слабым металличе­ским блеском. Он имеет слоистую решетку. Карандаши делают из графита . На воздухе графит не загорается даже при сильном накаливании, но легко сгорает в чистом кислороде, превращаясь в диоксид углерода. Благодаря электрической проводимости графит применяется для изготовле­ния электродов. Смешанный с маслом графит служит прекрасным смазоч­ным средством, так как чешуйки его, заполняя неровности материала, создают гладкую поверхность, облегчающую скольжение.

В промышленности находит применение искусственный графит. Его получают из каменного угля. Пре­вращение происходит при температурах около 3000 °С в электрических печах без доступа воздуха. Графит используются для футеровки, изго­товления труб .

Графит термодинамически устойчив в широком интервале температур и давлений, в частности при обычных условиях. Алмаз термодинамически устойчив лишь при высоких давлениях (выше 10⁹ Па). Однако скорость превращения алмаза в графит становится за­метной лишь при температурах выше 1000 °С;

«Аморфный» углерод (уголь). При нагревании углеродосодержащих соединений выделяется черная масса, называемая «аморфным» углеродом или углем. Уголь растворяется во многих расплавленных металлах, например в железе, никеле, платине.

Угли существенно различаются по своим свойствам = висимости от вещества, из которого они получены, и спс получения. Кроме того, они всегда содержат примеси, ся но влияющие на их свойства. Важнейшие технические сорта угля: кокс, древесный уголь, костяной уголь и саока.

Кокс получается при сухой перегонке каменного угля. Применяется он в металлургии при выплавке металлов из руд.

Древесный уголь получается при нагревании дерева без доступа воздуха При этом улавливают ценные продукты сухой перегонки — метиловый спирт, уксусную кислоту и др. Древесный уголь применяется в металлургической промышленности, в кузнечном деле.

Благодаря пористому строению, древесный уголь обладает высокой адсорбционной способностью.

Химические свойства углерода. Углерод является типичным немталлом .При низких температурах и уголь, графит ,алмаз инертны. При нагревании их активность увеличивается: уголь легко соединяется с кислородом и служит хорошим восстановителем. Важнейший процесс металлургии — выплавка металлов из руд — осуществляется путём восстановления оксидов металлов . С кислородом углерод образует диоксид углерода СО₂, часто называемый углекислым газом, и оксид углерода (II), или монооксид углерода, СО. Соединения углерода с металлами и другими элементами, которые по отношению к углероду являются электроположительными, называются карбидами . Их получают прокаливанием металлов или их оксидов с углем.

Диоксид углерода С02 постоянно образуется в природе при окислении органических веществ (гниение мстительных и животных остатков, дыхание, сжигание топлива). В больших количествах он выделяется из вулканических трещин и из вод минеральных источников.