Подгруппа алюминия

Свойства элементов подгруппы алюминия

Атомный
номер
Название
Электронная
конфигурация

 
r
г/см
3
t°пл.
°C
t°кип.
°C
ЭО
ПИ
эВ
Атомный
радиус,
нм
Степень
окисления
5
Бор B [He] 2s22p1
2,35
2300
2550
2,0
8,3
0,095
+3
13
Алюминий Al [Ne] 3s23p1
2,70
660
2467
1,47
6,0
0,143
+3
31
Галлий Ga [Ar] 3d10 4s24p1
5,91
30
2227
1,6
6,0
0,122
+3
49
Индий In [Kr] 4d10 5s2 5p1
7,30
156
2047
1.7
5,8
0,162
+1,+2,+3
81
Таллий Tl [Xe]4f145d106s26p1
11,85
303
1457
1,8
6,1
0,167
+1,+3

 

Физические свойства
 

      1.      С увеличением атомной массы усиливается металлический характер элементов (В – неметалл; остальные – металлы).
      2.      Бор значительно отличается по свойствам от других элементов (высокие т.пл., т.кип., твердость; инертность). Остальные элементы – легкоплавкие металлы, In и Tl - очень мягкие.

 
Химические свойства
 

      1.      Все элементы трехвалентны, но с повышением атомной массы приобретает значение валентность, равная единице (Tl в основном одновалентен).
      2.      Основность гидроксидов R(OH)3 возрастает с увеличением атомной массы (H3BO3 - слабая кислота, Al(OH)3 и Ga(OH)3 - амфотерные основания, ln(OH)3 и Tl(OH)3 -типичные основания, TlOH - сильное основание).
      3.      Металлы подгруппы алюминия (Al, Ga, In, Tl) химически достаточно активны (реагируют с кислотами, щелочами (Al, Ga), галогенами).
      4.      Соли элементов подгруппы алюминия в большинстве случаев подвергаются гидролизу по катиону. Устойчивы лишь соли одновалентного таллия.
      5.      Al и Ga защищены тонкой оксидной пленкой; Tl разрушается при действии влажного воздуха, (хранят в керосине).

 
Алюминий
 
Al
Открыт Х.К.Эрстедом в 1825 г.
Четвертый по распространённости элемент в земной коре.
 
Физические свойства
 
Серебристо-белый металл, (r=2,7 г/см3), пластичный, высокая тепло- и электропроводность.
t°пл.= 660°C.
 
Нахождение в природе
 
Бокситы – Al2O3 • H2O (с примесями SiO2, Fe2O3, CaCO3),
нефелины – KNa3[AlSiO4]4,
алуниты - KAl(SO4)2 • 2Al(OH)3 и
глиноземы (смеси каолинов с песком SiO2, известняком CaCO3, магнезитом MgCO3).
 
Получение
 
Электролиз расплава Al2O3 (в присутствии криолита Na3[AlF6]):
 
2Al2O3 ®  4Al + 3O2­
 
Химические свойства
 
Al – покрыт тонкой и прочной оксидной пленкой (не реагирует с простыми веществами: с H2O (t°); O2, HNO3 (без нагревания)).
Al – активный металл-восстановитель.
 
Легко реагирует с простыми веществами:
 

      1)     С кислородом:

4Al0 + 3O2 ® 2Al+32O3
 

      2)     С галогенами:

2Al0 + 3Br20 ® 2Al+3Br3
 

      3)     С другими неметаллами (азотом, серой, углеродом) реагирует при нагревании:

 
2Al0 + 3S  –t°®  Al2+3S3(сульфид алюминия)
2Al0 + N2  –t°®  2Al+3N(нитрид алюминия)
4Al0 + 3С ® Al4+3С3(карбид алюминия)
 

      Сульфид и карбид алюминия полностью гидролизуются:

 
Al2S3 + 6H2O ® 2Al(OH)3¯ + 3H2S­
Al4C3 + 12H2O ® 4Al(OH)3¯+ 3CH4­
 
Со сложными веществами:
 

      4)     С водой (после удаления защитной оксидной пленки):

 
2Al0 + 6H2O ® 2Al+3(OH)3 + 3H2­
 
5)     Со щелочами:
 
2Al0 + 2NaOH + 6H2O ® 2Na[Al+3(OH)4](тетрагидроксоалюминат натрия) + 3H2­
 

      6)     Легко растворяется в соляной и разбавленной серной киcлотах:

 
2Al + 6HCl ® 2AlCl3 + 3H2­
2Al + 3H2SO4(разб) ® Al2(SO4)3 + 3H2­
 

      При нагревании растворяется в кислотах - окислителях:

 
2Al + 6H2SO4(конц) ® Al2(SO4)3 + 3SO2­ + 6H2O
Al + 6HNO3(конц) ® Al(NO3)3 + 3NO2­ + 3H2O
 

      7)     Восстанавливает металлы из их оксидов (алюминотермия):

 
8Al0 + 3Fe3O4 ®  4Al2O3 + 9Fe
2Al + Cr2O3 ® Al2O3 + 2Cr
 
Применение
 
Основа легких и прочных сплавов. Раскислитель стали. Используется для получения ряда металлов алюминотермией.
 
Оксид алюминия
 
Al2O3
O=Al–O–Al=O
 
Глинозем, корунд, окрашенный – рубин (красный), сапфир (синий).
Твердое тугоплавкое (t°пл.=2050°С) вещество; существует в нескольких кристаллических модификациях (a – Al2O3, g – Al2O3).
 
Получение
 
4Al + 3O2 ® 2Al2O3
2Al(OH)3 ® Al2O3 + 3H2O
 
Амфотерный оксид с преобладанием основных свойств; с водой не реагирует.
 

      1)     Реагирует с кислотами и растворами щелочей:
      Как основной оксид:

Al2O3 + 6HCl ® 2AlCl3 + 3H2O

      Как кислотный оксид:

Al2O3 + 2NaOH + 3H2O ® 2Na[Al(OH)4]

              2)     Сплавляется со щелочами или карбонатами щелочных металлов:

 
Al2O3 + Na2CO3 ® 2NaAlO2(алюминат натрия) + CO2­
Al2O3 + 2NaOH ® 2NaAlO2 + H2O­
 
Гидроксид алюминия
 
Al(OH)3
 
Получение
 

      1)     Осаждением из растворов солей щелочами или гидроксидом аммония:

 
AlCl3 + 3NaOH ® Al(OH)3¯ + 3NaCl
Al2(SO4)3 + 6NH4OH ® 2Al(OH)3¯ + 3(NH4)2SO4
Al3+ + 3OH- ® Al(OH)3¯(белый студенистый)

              2)     Слабым подкислением растворов алюминатов:

 
Na[Al(OH)4] + CO2 ® Al(OH)3¯ + NaHCO3
 
Амфотерный гидроксид:
 
Как основание Al(OH)3 + 3HCl ® AlCl3 + 3H2O
Как кислота Al(OH)3 + NaOH ® Na[Al(OH)4](тетрагидроксоалюминат натрия)

Другие записи

10.06.2016. Металлы - общие свойства
ОБЩИЕ СВОЙСТВА Положение металлов в периодической таблице Если в периодической таблице элементов Д.И.Менделеева провести диагональ от бериллия к астату, то слева внизу по диагонали будут находиться элементы-металлы…