Алюминий - элемент 13-й (III)группы периодической таблицы химических элементов с атомным номером 13. Обозначается символом Al. Относится к группе лёгких металлов. Наиболее распространённый металл и третий по распространённости химический элемент в земной коре (после кислорода и кремния).
Оксид алюминия Al2O3 - в природе распространён как глинозём, белый тугоплавкий порошок, по твердости близок к алмазу.
Оксид алюминия – природное соединение, может быть получен из бокситов или при термическом разложении гидроксидов алюминия:
2Al(OH)3 = Al2O3 + 3H2O;
Al2O3 - амфотерный оксид, химически инертен, благодаря своей прочной кристаллической решетке. Он не растворяется в воде, не взаимодействует с растворами кислот и щелочей и может реагировать лишь с расплавленной щелочью.
Около 1000°С интенсивно взаимодействует со щелочами и карбонатами щелочных металлов с образованием алюминатов:
Al2O3 + 2KOH = 2KAlO2 + H2O; Al2O3 + Na2CO3 = 2NaAlO2 + CO2.
Другие формы Al2O3 более активны, могут реагировать с растворами кислот и щелочей, α-Al2O3 взаимодействует лишь с горячими концентрированными растворами:Al2O3 + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2O;
Амфотерные свойства оксида алюминия проявляются при взаимодействии с кислотными и основными оксидами с образованием солей:
Al2O3 + 3SO3 = Al2(SO4)3 (основные свойства),Al2O3 + Na2O = 2NaAlO2 (кислотные свойства).
Гидрокси́д алюми́ния, Al(OH)3 - соединение оксида алюминия с водой. Белое студенистое вещество, плохо растворимое в воде, обладает амфотерными свойствами. Получают при взаимодействии солей алюминия с водными растворами щёлочи: AlCl3+3NaOH=Al(OH)3+3NaCl
Гидроксид алюминия – типичное амфотерное соединение, свежеполученный гидроксид растворяется в кислотах и щелочах:
2Al(OH)3 + 6HCl = 2AlCl3 + 6H2O. Al(OH)3 + NaOH + 2H2O = Na.
При нагревании разлагается, процесс дегидратации довольно сложен и схематично может быть представлен следующим образом:
Al(OH)3 = AlOOH + H2O. 2AlOOH = Al2O3 + H2O.
Алюминаты - соли, образующиеся при действии щёлочи на свежеосаждённый гидроксид алюминия:Al(ОН)3 + NaOH = Na (тетрагидроксоалюминат натрия)
Алюминаты получают также при растворении металлического алюминия (или Al2O3) в щелочах:2Al + 2NaOH + 6Н2О = 2Na + ЗН2
Гидроксоалюминаты образуются при взаимодействии Al(OH)3 с избытком щелочи: Al(OH)3 + NaOH (изб) = Na
Соли алюминия.
Из гидроксида алюминия можно получить практически все соли алюминия. Почти все соли алюминия хорошо растворимы в воде; плохо растворяется в воде фосфат алюминия.
В растворе соли алюминия показывают кислую реакцию. Примером может служить обратимое воздействие с водой хлорида алюминия:
AlCl3+3Н2O«Аl(ОН)3+3НСl
Практическое значение имеют многие соли алюминия. Так, например, безводный хлорид алюминия АlСl3 используется в химической практике в качестве катализатора при переработке нефти
Сульфат алюминия Al2(SO4)3 18Н2O применяется как коагулянт при очистке водопроводной воды, а также в производстве бумаги.
Широко используются двойные соли алюминия - квасцы KAl(SO4)2 12H2O, NaAl(SO4)2 12H2O, NH4Al(SO4)2 12H2O и др. - обладают сильными вяжущими свойствами и применяются при дублении кожи, а также в медицинской практике как кровоостанавливающее средство.
Применение - Благодаря комплексу свойств широко распространён в тепловом оборудовании.- Алюминий и его сплавы сохраняют прочность при сверхнизких температурах. Благодаря этому он широко используется в криогенной технике.- алюминий - идеальный материал для изготовления зеркал.- В производстве строительных материалов как газообразующий агент.- Алитированием придают коррозионную и окалиностойкость стальным и другим сплавам, - Сульфид алюминия используется для производства сероводорода.- Идут исследования по разработке пенистого алюминия как особо прочного и лёгкого материала.
В качестве восстановителя - Как компонент термита, смесей для алюмотермии- В пиротехнике.- Алюминий применяют для восстановления редких металлов из их оксидов или галогенидов. (Алюминотермия)
Алюминотермия. - способ получения металлов, неметаллов (а также сплавов) восстановлением их оксидов металлическим алюминием.
Гидроксид алюминия, характеристика, свойства и получение, химические реакции.
Гидроксид алюминия – неорганическое вещество, имеет химическую формулу Al(OH) 3 .
Краткая характеристика гидроксида алюминия:
Гидроксид алюминия – неорганическое вещество белого цвета.
Химическая формула гидроксида алюминия Al(OH) 3 .
Плохо растворяется в воде.
Обладает способностью адсорбировать различные вещества.
Модификации гидроксида алюминия:
Известны 4 кристаллические модификации гидроксида алюминия : гиббсит, байерит, дойлеит и нордстрандит.
Гиббсит обозначается γ-формой гидроксида алюминия, а байерит – α-формой гидроксида алюминия .
Гиббсит является наиболее химически стабильной формой гидроксида алюминия .
Физические свойства гидроксида алюминия:
| Наименование параметра: | Значение: |
| Химическая формула | Al(OH) 3 |
| Синонимы и названия иностранном языке для гидроксида алюминия α-формы | potassium hydroxide (англ.)
aluminum hydroxide α-form (англ.) байерит (рус.) |
| Синонимы и названия иностранном языке для гидроксида алюминия γ-формы | potassium hydroxide (англ.)
aluminium hydroxide (англ.) aluminum hydroxide (англ.) hydrargillite (англ.) гиббсит (рус.) гидраргиллит (рус.) |
| Тип вещества | неорганическое |
| Внешний вид гидроксида алюминия α-формы | бесцветные моноклинные кристаллы |
| Внешний вид гидроксида алюминия γ-формы | белый моноклинные кристаллы |
| Цвет | белый, бесцветный |
| Вкус | —* |
| Запах | — |
| Агрегатное состояние (при 20 °C и атмосферном давлении 1 атм.) | твердое вещество |
| Плотность гидроксида алюминия γ-формы (состояние вещества – твердое вещество, при 20 °C), кг/м 3 | 2420 |
| Плотность гидроксида алюминия γ-формы (состояние вещества – твердое вещество, при 20 °C), г/см 3 | 2,42 |
| Температура разложения гидроксида алюминия α-формы, °C | 150 |
| Температура разложения гидроксида алюминия γ-формы, °C | 180 |
| Молярная масса, г/моль | 78,004 |
* Примечание:
— нет данных.
Получение гидроксида алюминия:
Гидроксид алюминия получают в результате следующих химических реакций:
- 1. в результате взаимодействия хлорида алюминия и гидроксида натрия :
AlCl 3 + 3NaOH → Al(OH) 3 + 3NaCl.
Гидроксид алюминия получают также при взаимодействии солей алюминия с водными растворами щёлочи, избегая их избытка.
- 2. в результате взаимодействия хлорида алюминия, карбоната натрия и воды :
2AlCl 3 + 3Na 2 CO 3 + 3H 2 O → 2Al(OH) 3 + 3CO 2 + 6NaCl.
При этом гидроксид алюминия выпадает в виде белого студенистого осадка.
Гидроксид алюминия получают также при взаимодействии водорастворимых солей алюминия с карбонатами щелочных металлов.
Химические свойства гидроксида алюминия. Химические реакции гидроксида алюминия:
Гидроксид алюминия обладает амфотерными свойствами, т. е. обладает как основными, так и кислотными свойствами.
Химические свойства гидроксида алюминия аналогичны свойствам гидроксидов других амфотерных металлов. Поэтому для него характерны следующие химические реакции:
1. реакция гидроксида алюминия с гидроксидом натрия:
Al(OH) 3 + NaOH → NaAlO 2 + 2H 2 O (t = 1000 °C),
Al(OH) 3 + 3NaOH → Na 3 ,
Al(OH) 3 + NaOH → Na.
В результате реакции образуются в первом случае – алюминат натрия и вода, во втором – гексагидроксоалюминат натрия, в третьем – тетрагидроксоалюминат натрия. В третьем случае в качестве гидроксида натрия
2. реакция гидроксида алюминия с гидроксидом калия:
Al(OH) 3 + KOH → KAlO 2 + 2H 2 O (t = 1000 °C),
Al(OH) 3 + KOH → K.
В результате реакции образуются в первом случае – алюминат калия и вода, во втором – тетрагидроксоалюминат калия. Во втором случае в качестве гидроксида калия используется концентрированный раствор.
3. реакция гидроксида алюминия с азотной кислотой:
Al(OH) 3 + 3HNO 3 → Al(NO 3) 3 + 3H 2 O.
В результате реакции образуются нитрат алюминия и вода .
Аналогично проходят реакции гидроксида алюминия и с другими кислотами.
4. реакция гидроксида алюминия с фтороводородом:
Al(OH) 3 + 3HF → AlF 3 + 3H 2 O,
6HF + Al(OH) 3 → H 3 + 3H 2 O.
В результате реакции образуются в первом случае – фторид алюминия и вода, во втором – гексафтороалюминат водорода и вода. При этом фтороводород в первом случае в качестве исходного вещества используется в виде раствора.
5. реакция гидроксида алюминия с бромоводородом:
Al(OH) 3 + 3HBr → AlBr 3 + 3H 2 O.
В результате реакции образуются бромид алюминия и вода .
6. реакция гидроксида алюминия с йодоводородом:
Al(OH) 3 + 3HI → AlI 3 + 3H 2 O.
В результате реакции образуются йодид алюминия и вода .
7. реакция термического разложения гидроксида алюминия:
Al(OH) 3 → AlO(OH) + H 2 O (t = 200 °C),
2Al(OH) 3 → Al 2 O 3 + 3H 2 O (t = 575 °C).
В результате реакции образуются в первом случае – метагидроксид алюминия и вода, во втором – оксид алюминия и вода.
8. реакция гидроксида алюминия и карбоната натрия:
2Al(OH) 3 + Na 2 CO 3 → 2NaAlO 2 + CO 2 + 3H 2 O.
В результате реакции образуются алюминат натрия, оксид углерода (IV) и вода.
10. реакция гидроксида алюминия и гидроксида кальция:
Ca(OH) 2 + 2Al(OH) 3 → Ca 2 .
В результате реакции образуется тетрагидроксоалюмината кальция .
Применение и использование гидроксида алюминия:
Гидроксид алюминия используется при очистке воды (как адсорбирующее вещество), в медицине, в качестве наполнителя в зубной пасте (как абразивное вещество), пластиках и пластмассах (как антипирен).
Примечание: © Фото //www.pexels.com, //pixabay.com
Гидроксид алюминия - химическое вещество, которое представляет собой соединение оксида алюминия с водой. Может пребывать в жидком и твердом состояниях. Жидкий гидроксид является желеподобным прозрачным веществом, которое очень плохо растворяется в воде. Твердый гидроксид представляет собой кристаллическое вещество белого цвета, которое обладает пассивными химическими свойствами и не реагирует практически ни с одним другим элементом или соединением.
Получение гидроксида алюминия
Получение гидроксида алюминия происходит благодаря химической реакции обмена. Для этого используют водный раствор аммиака и какую-либо соль алюминия, чаще всего хлорид алюминий. Таким образом получают жидкое вещество. Если необходим твердый гидроксид, через растворенную щелочь тетрагидроксодиакваалюмината натрия пропускают диоксид углерода. Многих любителей экспериментов волнует вопрос, как получить гидроксид алюминия в домашних условиях? Для этого достаточно приобрести в специализированном магазине необходимые реагенты и химическую посуду.
Для получения твердого вещества понадобится еще и специально оборудование, так что лучше остановиться на жидком варианте. При проведении реакции необходимо использовать хорошо проветриваемое помещение, так как одним из побочных продуктов может быть газ или вещество с резким запахом, который может негативно сказаться на самочувствии и здоровье человека. Работать стоит в специальных защитных перчатках, так как большинство кислот при попадании на кожу вызывают химические ожоги. Не лишним будет позаботиться и о защите для глаз в виде специальных очков. Приступая к любому делу, в первую очередь необходимо думать об обеспечении безопасности!
Свежесинтезированный гидроксид алюминия реагирует с большинством активных кислот и щелочей. Именно поэтому для его получения используют аммиачную воду, чтобы сохранить образованное вещество в чистом виде. При использовании для получения кислоты или щелочи необходимо максимально точно рассчитать пропорцию элементов, иначе при избытке полученный гидроксид алюминия взаимодействует с остатками непоглощенной основы и полностью растворяется в ней. Это происходит из-за высокого уровня химической активности алюминия и его соединений.
В основном, гидроксид алюминия получают из бокситовой руды с высоким содержанием оксида металла. Процедура позволяет быстро и относительно дешево отделить полезные элементы от пустой породы. Реакции гидроксида алюминия с кислотами приводят к восстановлению солей и образованию воды, а с щелочами - к получению комплексных гидрооксоалюминиевых солей. Твердый гидроксид методом сплавки соединяют с твердыми щелочами с образованием метаалюминатов.
Основные свойства вещества
Физические свойства гидроксида алюминия: плотность - 2,423 грамм на сантиметр кубический, уровень растворяемости в воде - низкий, цвет - белый либо прозрачный. Вещество может существовать в четырех полиморфных вариантах. Под воздействием низких температур образуется альфа-гидроксид, называемый байеритом. Под воздействие нагревания можно получить гамма-гидроксид или гиббсит. Оба вещества имеют кристаллическую молекулярную решетку с водородными межмолекулярными типами связи. Также встречаются еще две модификации - бета-гидроксид или нордстандрит и триклинный гибсит. Первая получается путем прокаливания байерита или гиббсита.Второй отличается от остальных видов триклинным, а не монообразным строением кристаллической решетки.
Химические свойства гидроксида алюминия: молярная масса - 78 моль, в жидком состоянии хорошо растворяется в активных кислотах и щелочах, при нагревании разлагается, обладает амфотерными признаками. В промышленности в подавляющем большинстве случаев используется именно жидкий гидроксид, так как благодаря высокому уровню химической активности, он легко поддается обработки и не требует использования катализаторов или специальных условий протекания реакции.
Амфотерность гидроксида алюминия проявляется в двойственности его природы. Это означает, что в различных условиях он может проявлять кислотные либо щелочные свойства. Когда гидроксид принимает участие в реакции как щелочь, образуется соль, в которой алюминий является положительно заряженным катионом. Выступая в качестве кислоты, гидроксид алюминия на выходе также образует соль. Но в этом случае металл уже играет роль отрицательно заряженного аниона. Двойственная природа открывает широкие возможности по применению данного химического соединения. Оно используется в медицине для изготовления лекарственных препаратов, назначаемых при нарушении кислотно-щелочного баланса в организме.
Гидроксид алюминия входит в состав вакцин в качестве вещества, усиливающего иммунную реакцию организма на раздражитель. Нерастворимость осадка гидроксида алюминия в воде позволяет использовать вещество в водоочистных целях. Химическое соединение является очень сильным адсорбентом, который позволяет извлекать из состава воды большое количество вредных элементов.
Применение в промышленности
Применение гидроксида в промышленности связано с получением чистого алюминия. Технологический процесс начинается с обработки руды, содержащей оксид алюминия, который по завершению процесса переходит в гидроксид. Выход продукции в данной реакции достаточно высок, так что после завершения остается практически голая порода. Далее проводится операция разложения гидроксида алюминия.
Процедура не требует специальных условий, так как вещество хорошо разлагается при нагревании до температуры свыше 180 градусов по Цельсию. Этот этап позволяет выделить оксид алюминия. Это соединение является базовым или вспомогательным материалом для изготовления большого количества промышленных и бытовых изделий. При необходимости получения чистого алюминия используют процесс электролиза с добавлением в раствор криолита натрия. Катализатор забирает из оксида кислород, и чистый алюминий оседает на катоде.
Оксид алюминия – Al2O3. Физические свойства: оксид алюминия – белый аморфный порошок или очень твердые белые кристаллы. Молекулярная масса = 101,96, плотность – 3,97 г/см3, температура плавления – 2053 °C, температура кипения – 3000 °C.
Химические свойства: оксид алюминия проявляет амфотерные свойства – свойства кислотных оксидов и основных оксидов и реагирует и с кислотами, и с основаниями. Кристаллический Аl2О3 химически пассивен, аморфный – более активен. Взаимодействие с растворами кислот дает средние соли алюминия, а с растворами оснований – комплексные соли – гидроксоалюминаты металлов:
При сплавлении оксида алюминия с твердыми щелочами металлов образуются двойные соли – метаалюминаты (безводные алюминаты):
Оксид алюминия не взаимодействует с водой и не растворяется в ней.
Получение: оксид алюминия получают методом восстановления алюминием металлов из их оксидов: хрома, молибдена, вольфрама, ванадия и др. – металлотермия , открытый Бекетовым :
Применение: оксид алюминия применяется для производства алюминия, в виде порошка – для огнеупорных, химически стойких и аб-разивных материалов, в виде кристаллов – для изготовления лазеров и синтетических драгоценных камней (рубины, сапфиры и др.), окрашенных примесями оксидов других металлов – Сr2О3 (красный цвет), Тi2О3 и Fe2О3 (голубой цвет).
Гидроксид алюминия – А1(ОН)3 . Физические свойства: гидроксид алюминия – белый аморфный (гелеобразный) или кристаллический. Почти не растворим в воде; молекулярная масса – 78,00, плотность – 3,97 г/см3.
Химические свойства: типичный амфотерный гидроксид реагирует:
1) с кислотами, образуя средние соли: Al(ОН)3 + 3НNO3 = Al(NO3)3 + 3Н2О;
2) с растворами щелочей, образуя комплексные соли – гидроксоалюминаты: Al(ОН)3 + КОН + 2Н2О = К.
При сплавлении Al(ОН)3 с сухими щелочами образуются метаалюминаты: Al(ОН)3 + КОН = КAlO2 + 2Н2О.
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.
62. Общая характеристика подгруппы хрома
Элементы подгруппы хрома занимают промежуточное положение в ряду переходных металлов. Имеют высокие температуры плавления и кипения, свободные места на электронных орбиталях. Элементы хром и молибден обладают нетипичной электронной структурой – на внешней s-орбитали имеют один электрон (как у Nb из подгруппы VB). У этих элементов на внешних d– и s-орбиталях находится 6 электронов, поэтому все орбитали заполнены наполовину, т. е. на каждой находится по одному электрону. Имея подобную электронную конфигурацию, элемент обладает особенной стабильностью и устойчивостью к окислению. Вольфрам имеет более сильную металлическая связь, нежели молибден . Степень окисления у элементов подгруппы хрома сильно варьирует. В надлежащих условиях все элементы проявляют положительную степень окисления от 2 до 6, максимальная степень окисления соответствует номеру группы. Не все степени окисления у элементов стабильны, у хрома самая стабильная – +3.
Все элементы образуют оксид MVIO3, известны также оксиды с низшими степенями окисления. Все элементы данной подгруппы амфотерны – образуют комплексные соединения и кислоты.
Хром, молибден и вольфрам востребованы в металлургии и электротехнике. Все рассматриваемые металлы покрываются пассивирующей оксидной пленкой при хранении на воздухе или в среде кислоты-окислителя. Удалив пленку химическим или механическим способом, можно повысить химическую активность металлов.
Хром. Элемент получают из хромитной руды Fe(CrO2)2, восстанавливая углем: Fe(CrO2)2 + 4C = (Fe + 2Cr) + 4CO?.
Чистый хром получают восстановлением Cr2O3 с помощью алюминия или электролиза раствора, содержащего ионы хрома. Выделяя хром с помощью электролиза, можно получить хромовое покрытие, используемое в качестве декоративных и защитных пленок.
Из хрома получают феррохром, применяемый при производстве стали.
Молибден. Получают из сульфидной руды. Его соединения используют при производстве стали. Сам металл получают при восстановлении его оксида. Прокаливая оксид молибдена с железом, можно получить ферромолибден. Используют для изготовления нитей и трубок для обмотки печей и электроконтактов. Сталь с добавлением молибдена используют в автомобильном производстве.
Вольфрам. Получают из оксида, добываемого из обогащенной руды. В качестве восстановителя используют алюминий или водород. Получившийся вольфрам в идее порошка впоследствии формуют при высоком давлении и термической обработке (порошковая металлургия). В таком виде вольфрам используют для изготовления нитей накаливания, добавляют к стали.
Внешний вид вещества гидроксид алюминия следующий. Как правило, это вещество белого, студневидного вида, хотя встречаются варианты присутствия в кристаллическом или аморфном состоянии. Например, в высушенном виде оно кристаллизуется в белые кристаллы, которые не растворяются ни в кислотах, ни в щелочах.
Гидроокись алюминия может быть представлена и мелкокристаллическим порошком белого цвета. Допустимо присутствие розового и серого оттенков.
Химическая формула соединения - Al(OH)3. Соединение и воды образуют гидроксид которого также определяются во многом элементами, входящими в его состав. Получают это соединение посредством проведения реакции взаимодействия соли алюминия и разбавленной щелочи, при этом следует не допускать их переизбытка. Получаемый в ходе данной реакции осадок гидроксида алюминия затем может взаимодействовать с кислотами.
Гидроокись алюминия взаимодействует с водным раствором гидрооксида рубидия, сплавом этого вещества, гидроокисью цезия, карбонатом цезия. Во всех случаях выделяется вода.
Гидроокись алюминия обладает равной 78,00, практически не растворяется в воде. Плотность вещества составляет 3,97 грамм/см3. Будучи амфотерным веществом, гидроксид алюминия взаимодействует с кислотами, при этом, в результате реакций получаются средние соли и выделяется вода. При вступлении в реакции со щелочами появляются комплексные соли - гидроксоалюминаты, например, К. Метаалюминаты образуются, если гидроксид алюминия сплавлять с безводными щелочами.
Как и все амфотерные вещества, кислотные и основные свойства одновременно гидроокись алюминия показывает при взаимодействии с а также со щелочами. В этих реакциях при растворении гидроксида в кислотах происходит отщепление ионов самого гидроксида, а при взаимодействии со щелочью - отщепляется ион водорода. Чтобы увидеть это, можно, например, провести реакцию, в которой участвуют гидроксид алюминия, Для ее проведения необходимо в пробирку засыпать немного опилок алюминия и залить небольшим количеством гидроксида натрия, не больше 3 миллилитров. Пробирку следует плотно закрыть пробкой, и начать медленный подогрев. После этого, закрепив пробирку на штативе, надо собрать выделенный водород в другую пробирку, предварительно надев ее на капиллярное приспособление. Примерно через минуту пробирку следует снять с капилляра и поднести к пламени. Если в пробирке собран чистый водород - горение будет происходить спокойно, в том же случае, если в нее попал воздух - произойдет хлопок.
Получают гидроксид алюминия в лабораториях несколькими способами:
Путем реакции взаимодействия солей алюминия и щелочных растворов;
Способом разложения нитрида алюминия под воздействием воды;
Путем пропускания углерода через специальный гидрокомплекс, содержащий Al(ОН)4;
Воздействием гидрата аммиака на соли алюминия.
Промышленное получение связано с переработкой бокситов. Используются также технологии воздействия на алюминатные растворы карбонатами.
Применяется гидроокись алюминия в изготовлении минеральных удобрений, криолита, различных медицинских и фармакологических препаратов. В химическом производстве вещество используют для получения фтористого и сернистого алюминия. Незаменимо соединение при производстве бумаги, пластмасс, красок и много другого.
Медицинское применение обусловлено позитивным действием препаратов, содержащих данный элемент в лечении желудочных расстройств, повышенной кислотности организма, язвенных заболеваний.
При обращении с веществом, следует остерегаться вдыхания его паров, так как они вызывают сильное поражение легких. Будучи слабодействующим слабительным, опасно в больших дозах. При коррозии вызывает алюминоз.
Само вещество достаточно безопасно, так как не вступает в реакции с окислителями.