Попередня сторінка: 23. A fémes elemek. A fémek
Наступна сторінка: 25. Avas mint kémiai elem és mint egyszerű anyag. Avasvegyületek
E téma tananyaga segít nektek:
ismeretet szerezni az alumínium természetben való előfordulásáról;
bővíteni ismereteiteket az alumínium és ve-gyületeinek tulaj donságairól; kideríteni az alumínium, az alumínium-oxid és az alumínium-sók alkalmazási területeit.
Az alumínium. Az alumínium1 mint kémiai elem a periódusos rendszer harmadik periódusában, a III. főcsoportban helyezkedik el.
Előfordulása. Az alumínium a leggyakoribb fémes elem a földkéregben: atomi aránya 6,4%. Az oxigén, a szilícium és az alumínium együtt alkotja a szervetlen (ásványi) világ alapját. A természetben elemi állapotban nem fordul elő, csak
vegyületeiben. A legfontosabb alumíniumtartalmú kőzetek: bauxit, ami az Al(OH)3 és az Al2O3^H3O keveréke; az Al203«2Si02«2H20 képletű kaolin (az agyag alkotórésze); néha található korund - Al2O3 (63. ábra).
63. ábra
Alumínium-
ásványok
Az alumíniumnak a földkéregben való jelentős előfordulása ellenére a hidroszférában elenyésző mennyiség található belőle, a növényekben és az élő szervezetekben pedig gyakorlatilag nincs.
Az atom és az ion elektronszerkezete. Az almníniumatom külső elektronhéján 3 elektron van:
Az alumínium könnyen leadja vegyértékelektronjait és háromszoros töltésű kationná válik:
Az alumínium vegyületeiben mindig +3 oxidációs fokú.
írjátok fel az alumínium-ion elektronszerkezetét, valamint elektron-képletét.
Az alumínium mint egyszerű anyag. A fémalumínium mindenki számára ismert. A világon évente több tízmillió tonnát olvasztanak az elektrolizáló kemencékben. Csak vasat gyártanak ennél nagyobb mennyiségben.
Fizikai tulajdonság. Az alumínium ezüstfehér, 660 °C-nál olvadó fém. Könnyű (sűrűsége
2,70g/cm3), jól alakítható, hengerelhető anyag, huzallá, lemezzé, fóliává alakítható. A hót és az elektromosságot jól vezeti, fémekkel ötvözetet alkot. Ezek közül a legfontosabbak: a dúralumí-nium (alumínium, magnézium és réz), a szilu-min (alumínium és szilícium), a magnálium (alumínium és magnézium), az aviál (alumínium, szilícium és magnézium).
Kémiai tulajdonságai. Az alumínium nagyon aktív fém, az elemek elektrokémiai feszültségsorában a magnézium után áll.
Reakciója nemfémekkel. A nemfémek többségével hő hatására megy végbe a reakció, a klórral és a brómmal már közönséges körülmények között is. A száraz jód és alumíniumpor keverékének reakcióját néhány csepp víz indítja be. A víz itt a katalizátor szerepet tölt be (64. ábra).
64. ábra
Alumínium és jód reakciója
írjátok fel az alumínium és a jód reakcióegyenletét.
Az alumínium az oxigénnel szobahőmérsékleten reagál, felületén összefüggő oxidréteg Al2O3 alakul ki. Ez az oxidréteg megvédi a további oxidációtól, illetve a környezeti hatásoktól.
Reakciója a vízzel. Az összefüggő oxidréteg-nek köszönhetően az alumínium nem reagál még a forrásban lévő vízzel sem. Ha ezt a védőréteget megbontjuk (higany-sóval megdörzsöl-
ve a fémet), akkor az alumínium hidrogénfejlődés közben reagál a vízzel:
Reakciója a savakkal. Az alumínium a savak többségével reagál, kivéve a gyenge savakat (hidrogénszulfid-sav, szénsav, kovasav). A savak vizes oldatával való reakcióját hidrogénfejlődés kíséri. Tömény kénsavval és salétromsavval közönséges körülmények között nem reagál: a kialakuló védőréteg passziválja a fémet. Hő hatására azonban ezek a savak reagálnak az oxidréteggel, ezután pedig az alumíniummal:
Állítsátok össze az oxidáció és a redukció sémáját, és az elektronegyensúly módszerével rendezzétek az egyenleteket.
Reakciója a lúgokkal. Az alumínium a fémek aktivitási sorában a hidrogén előtt áll, oxidja és hidroxidja pedig amfoter vegyület. Ezek a tényezők lehetővé teszik az alumínium reakcióját a lúgokkal:
A só képletében a savmaradék az amfoter hid-roxid Al(OH)3 savként felírt formájának felel meg - H3AlO3.
A fenti egyenlet az alumínium szilárd lúgokkal való reakcióját írja le hő hatására, azaz víz nélkül. Ha a fém a lúg vizes oldatával lép kölcsönhatásba (65. ábra), akkor vízben oldódó alu-minátok Na3LAl(OH)6] vagy NatAl(OH)4] keletkeznek:
Ezeknek a sóknak a képletei levezethetők úgy is, hogy az összes oxigénatomot a Na3AlO3 és a NaAlO2 képletben behelyettesítjük két hidroxil-csoporttal1.
Hasonlóképpen mennek végbe a reakciók cinkátok Na2ZnO2 és Na2IZn(OH)4] (vagy egyéb ilyen típusú vegyületek) keletkezésével, ahol a só anionja az amfoter-hidroxid savmaradékja-ként képződik.
Reakciója a sókkal. Az alumínium reagál a sók oldataival, kiszorítva a kevésbé aktív fémet (66. ábra):
66. ábra
Alumínium-granulátumok a reakció előtt és után
Alkalmazása. Korrózióállóságának, alacsony sűrűségének, keménységének köszönhetően az alumíniumot, de leginkább ötvözeteit használják a repülőgép-, a gépkocsi- és a hajógyártásban, az épí-
tőiparban (szerkezeti elemek) és a mindennapi életben (háztartási eszközök, ablakkeretek).
Az alumínium sok fémoxid redukáló szere - ezt a tulajdonságát alkalmazzák a fémkohászatban króm, mangán, kalcium, vanádium előállítására.
Ahmuhiumból különböző csomagolóanyagokat állítanak elő (alufólia, üdítős dobozok), fedőfestékként megfelelő kötőanyaghoz keverve (metál festékek).
Bár az alumínium vezetőképessége a réznél kisebb, de sokkal könnyebb és olcsóbb, ezért elekig romos huzalokat is gyártanak belőle.
Az alumínium oxidja és hidroxidja. Az alu-mínium-oxid (Al2O3) fehér, magas olvadáspontú, vízben nem oldódó és vele nem reagáló anyag. Vékony, átlátszó, tömör, kemény réteg vonja be az alumínium felületét.
A tiszta alumínium-oxid a korund, amelynek egyes színezett fajtái drágakövek: rubin (króm(III)-oxid szennyeződés van benne) és zafír (vas-, titán- és kobalt-oxid szennyeződéseket tartalmaz) (67. ábra).
67. ábra
A korund színezett változatai
Az alumínium-oxid (Al2O3) amfoter vegyület. Kémiai viselkedése a másik reagens jellegétől függ. Az alumínium-oxid reakcióba lép (hő hatására) savképző és bázisképző oxidokkal, erős savakkal és lúgokkal.
írjatok fel olyan kémiai egyenletet, melyben az alumínium-oxid a) bázisos tulajdonsággal; b) savas tulajdonsággal rendelkezik.
Az alumínium-hidroxid (Al(OH)3) fehér, vízben nem oldódó kristályos anyag. Jellegzetesen amfoter hidroxid. Alumínium-só és lúgoldat (vagy ammóniaoldat) sztöchiometriai mennyiségének reakciójával állítják elő. Az alumínium-hidroxid feloldódik savakkal való reakciójával, valamint lúgokkal való reakciójánál is vízben oldható só keletkezik.
Hőmérséklet hatására oxidra és vízre bomlik.
írjátok fel az alumínium-hidroxid termikus bomlását.
A sók. Az alumínium két típusú sót alkot. Az AlCl3, AlPO4, Al2(SO4)3 képletű vegyületekben az alumínium kationként van jelen, a NaAlO2, Ca3(AlO3)2 képletű sókban a savmaradék anion egyik összetevője.
Az alumínium-klorid -szulfát vagy -nitrát sóinak telített oldatát lehűtve vagy a víz elpárolgása által kristályhidrátok - A1C13-6H20, Al2(SO4)3-18H20 és A1(N03)3-9H20 - színtelen kristályai válnak ki.
Az alumínium sói savasan hidrolizálnak
(12. §).
Milyen jellege van az alumínium-klorid vizes oldatának? Válaszotokat támasszátok alá reakcióegyenlettel.
Az alumíniumvegyületek alkalmazása.
A kristályos alumínium-oxidot (korund) nagy keménysége miatt csiszoló anyagként használják. Por formájában a hőálló kerámia összetevője. Az alumínium-kloridot (AlCl3) szerves reakciók katalizátoraként alkalmazzék, az ahmiínium-szulfátot (Al2(SO4)3) nagy mennyiségben használják ivóvíztisztításra, mert alkalmazásával csökkenthető a vízben oldott vegyületek által okozott opálosság.
Nagy gyakorlati jelentősége van a kalcium-aluminátoknak. A kalcium-szilikátokkal együtt a cement alkotórésze (29. §).
Érdekes
tudnivaló
Az amorf alumínium-oxidot adszorbensként alkalmazzák az orvostudományban; a gyógyszert alumogél-nek nevezik.
A cementet a
mészkő CaCO3 és az agyag Al203»2Si02*2H20 kiégetésével állítják elő 1500 °С hőmérsékleten. A lejátszódó kémiai folyamatok:
ÖSSZEFOGLALÁS
Az alumínium a földkéreg leggyakoribb fémes eleme.
Az alumínium jól alakítható könnyűfém, a hőt és az elektromosságot jól vezeti. Reagál a nemfémekkel, a savakkal, a lúgokkal, a sók vizes oldatával.
Az alumínium oxidja és hidroxidja fehér, vízben nem oldódó anyag. Ezek amfoter vegyüle-tek, vagyis reagálnak savképző és bázisképző oxidokkal, savakkal és lúgokkal.
Az alumínium két típusú sót alkot: az egyikben kationként van jelen, a másikban a só anionjának (a savmaradéknak) egyik alkotó eleme.
Az alumíniumot és ötvözeteit a gépgyártásban, az építőiparban, a háztartásban és a mindennapi életben használják. Az alumínium-oxi-dot csiszoló anyagként alkalmazzák, valamint a hőálló kerámia egyik összetevőjeként. Az alumí-niumvegyületeket a vegyiparban, az építőiparban, víztisztításnál alkalmazzák.
182. Jellemezzétek az alumíniumatom Al-27 nuklidját.
183. Nevezzétek meg az alumíniumnak azt a tulajdonságát, aminek köszönhetően különböző területeken alkalmazzák.
184. írjátok fel az alumíniumnak az oxigénnel, a brómmal, a nitrogénnel végbemenő reakciójának egyenleteit.
185. Fejezzétek be a reakciósémákat és alakítsátok át kémiai egyenletté:
186. írjátok fel az alumínium és a nagyon híg salétromsav-oldat reakcióegyenletét. Vegyétek figyelembe, hogy az oxidálószer maximálisan redukálódik.
187. írjátok fel azokat a reakcióegyenleteket, melyek segítségével el lehet végezni az átalakítási vázlatokat:
188. Ha összeöntjük az alumínium-klorid és a nátrium-karbonát oldatait, csapadékképződést (ez az alumínium-hidroxid) és gázkiválást észlelünk. Magyarázzátok meg a kísérlet eredményét és írjátok fel a lejátszódó reakcióegyenleteket.
189. Határozzátok meg az alumínium tömegrész-arányát az AlO(OH) képletű böhmit nevű ásványban.
190. Számítsátok ki az alumínium tömegét 48,3 g AlCl3*6Н20 kris-tályhidrátban.
191. Milyen térfogatú vízben kell feloldani 7,5 g A1(N03)3«9H20 képletű kristályhidrátot, hogy 7,1%-os sóoldatot kapjunk?
192. Az alumínium és a magnézium keverékét sósavval reagáltatva 8,96 liter gáz kiválását észlelhetjük. Ha ugyanilyen mennyiségű keverékre lúgoldattal hatunk, 3,36 liter ugyanilyen gáz válik ki. Számítsátok ki a fémek tömegrész-arányát a kiinduló keverékben, ha a gázok térfogatát normál körülmények között mértük.
Ez a tankönyv anyaga Kémia a 11. osztály számára Pavlo Popéi
Наступна сторінка: 25. Avas mint kémiai elem és mint egyszerű anyag. Avasvegyületek