2.2.3. Характерные химические свойства алюминия.Алюминий — амфотерный металл. Электронная конфигурация атома алюминия 1s22s22p63s23p1. Таким образом, на внешнем электронном слое у него находятся три валентных электрона: 2 — на 3s- и 1 — на 3p-подуровне. В связи с таким строением для него характерны реакции, в результате которых атом алюминия теряет три электрона с внешнего уровня и приобретает степень окисления +3. Алюминий является высокоактивным металлом и проявляет очень сильные восстановительные свойства. Взаимодействие алюминия с простыми веществами с кислородом При контакте абсолютно чистого алюминия с воздухом атомы алюминия, находящиеся в поверхностном слое, мгновенно взаимодействуют с кислородом воздуха и образуют тончайшую, толщиной в несколько десятков атомарных слоев, прочную оксидную пленку состава Al2O3, которая защищает алюминий от дальнейшего окисления. Невозможно и окисление крупных образцов алюминия даже при очень высоких температурах. Тем не менее, мелкодисперсный порошок алюминия довольно легко сгорает в пламени горелки: 4Аl + 3О2 = 2Аl2О3 с галогенами Алюминий очень энергично реагирует со всеми галогенами. Так, реакция между перемешанными порошками алюминия и йода протекает уже при комнатной температуре после добавления капли воды в качестве катализатора. Уравнение взаимодействия йода с алюминием: 2Al + 3I2 =2AlI3 С бромом, представляющим собой тёмно-бурую жидкость, алюминий также реагирует без нагревания. Образец алюминия достаточно просто внести в жидкий бром: тут же начинается бурная реакция с выделением большого количества тепла и света: 2Al + 3Br2 = 2AlBr3 Реакция между алюминием и хлором протекает при внесении нагретой алюминиевой фольги или мелкодисперсного порошка алюминия в заполненную хлором колбу. Алюминий эффектно сгорает в хлоре в соответствии с уравнением: 2Al + 3Cl2 = 2AlCl3 с серой При нагревании до 150-200 оС или после поджигания смеси порошкообразных алюминия и серы между ними начинается интенсивная экзотермическая реакция с выделением света: — сульфид алюминия с азотом При взаимодействии алюминия с азотом при температуре около 800 oC образуется нитрид алюминия: с углеродом При температуре около 2000oC алюминий взаимодействует с углеродом и образует карбид (метанид) алюминия, содержащий углерод в степени окисления -4, как в метане. Взаимодействие алюминия со сложными веществами с водой Как уже было сказано выше, стойкая и прочная оксидная пленка из Al2O3 не дает алюминию окисляться на воздухе. Эта же защитная оксидная пленка делает алюминий инертным и по отношению к воде. При снятии защитной оксидной пленки с поверхности такими методами, как обработка водными растворами щелочи, хлорида аммония или солей ртути (амальгирование), алюминий начинает энергично реагировать с водой с образованием гидроксида алюминия и газообразного водорода: 2Al + 6H2O = 2Al(OH)3 + 3H2↑ с оксидами металлов После поджигания смеси алюминия с оксидами менее активных металлов (правее алюминия в ряду активности) начинается крайне бурная сильно-экзотермическая реакция. Так, в случае взаимодействия алюминия с оксидом железа (III) развивается температура 2500-3000оС. В результате этой реакции образуется высокочистое расплавленное железо: 2AI + Fe2O3 = 2Fe + Аl2О3 Данный метод получения металлов из их оксидов путем восстановления алюминием называется алюмотермией или алюминотермией. с кислотами-неокислителями Взаимодействие алюминия с кислотами-неокислителями, т.е. практически всеми кислотами, кроме концентрированной серной и азотной кислот, приводит к образованию соли алюминия соответствующей кислоты и газообразного водорода: а) 2Аl + 3Н2SO4(разб.) = Аl2(SO4)3 + 3H2↑ 2Аl0 + 6Н+ = 2Аl3+ + 3H20; б) 2AI + 6HCl = 2AICl3 + 3H2↑ с кислотами-окислителями -концентрированной серной кислотой Взаимодействие алюминия с концентрированной серной кислотой в обычных условиях, а также низких температурах не происходит вследствие эффекта, называемого пассивацией. При нагревании реакция возможна и приводит к образованию сульфата алюминия, воды и сероводорода, который образуется в результате восстановления серы, входящей в состав серной кислоты: Такое глубокое восстановление серы со степени окисления +6 (в H2SO4) до степени окисления -2 (в H2S) происходит благодаря очень высокой восстановительной способности алюминия. — концентрированной азотной кислотой Концентрированная азотная кислота в обычных условиях также пассивирует алюминий, что делает возможным ее хранение в алюминиевых емкостях. Так же, как и в случае с концентрированной серной, взаимодействие алюминия с концентрированной азотной кислотой становится возможным при сильном нагревании, при этом преимущественно параллельно протекают реакции: — разбавленной азотной кислотой Взаимодействие алюминия с разбавленной по сравнению с концентрированной азотной кислотой приводит к продуктам более глубокого восстановления азота. Вместо NO в зависимости от степени разбавления могут образовываться N2O и NH4NO3: 8Al + 30HNO3(разб.) = 8Al(NO3)3 +3N2O↑ + 15H2O 8Al + 30HNO3(оч. разб) = 8Al(NO3)3 + 3NH4NO3 + 9H2O со щелочами Алюминий реагирует как с водными растворами щелочей: 2Al + 2NaOH + 6H2O = 2Na[Al(OH)4] + 3H2↑ так и с чистыми щелочами при сплавлении: В обоих случаях реакция начинается с растворения защитной пленки оксида алюминия: Аl2О3 + 2NaOH + 3H2O = 2Na[Al(OH)4] Аl2О3 + 2NaOH = 2NaAlO2 + Н2О В случае водного раствора алюминий, очищенный от защитной оксидной пленки, начинает реагировать с водой по уравнению: 2Al + 6H2O = 2Al(OH)3 + 3H2↑ Образующийся гидроксид алюминия, будучи амфотерным, реагирует с водным раствором гидроксида натрия с образованием растворимого тетрагидроксоалюмината натрия: Al(OH)3 + NaOH = Na[Al(OH)4]
