Робоча навчальна програма і система модульно-рейтингового оцінювання знань і вмінь студентів з дисципліни "Хімія"

Утвориться гідроксид алюмінію, який і реагує з надлишком лугу, утворюючи гідроксоалюмінат:

Al(OH)3 + NaOH = Na[Al(OH)4].

Сумарне рівняння розчинення алюмінію у водяному розчині лугу:

2Al + 2NaOH + 6H2O = 2Na[Al(OH)4] + 3H2.

Алюміній помітно розчиняється в розчинах солей, що мають унаслідок їхнього гідролізу кислу чи лужну реакцію, наприклад, у розчині Na2CO3.

У ряді напруг він розташовується між Mg і Zn. В усіх своїх стійких сполуках алюміній тривалентний.

Реакція алюмінію з киснем супроводжується величезним виділенням тепла (1676 кДж/моль Al2O3), значно більшим, ніж у багатьох інших металів. Тому при накалюванні суміші оксиду відповідного металу з порошком алюмінію відбувається бурхлива реакція, що веде до виділення з узятого оксиду вільного металу. Метод відновлення за допомогою Al (алюмотермія) часто застосовують для одержання ряду елементів (Cr, Mn, V, W і ін.) у вільному стані.

Алюмотермією іноді користуються для зварювання окремих сталевих частин, наприклад стиків трамвайних рейок. Застосовувана суміш (“терміт”) складається звичайно з тонких порошків алюмінію і Fe3O4. Підпалюється вона за допомогою запала із суміші Al і BaО2. Основна реакція йде по рівнянню:

8Al + 3Fe3O4 = 4Al2O3 + 9Fe + 3350 кДж.

Причому розвивається температура близько 3000оС. Додаючи до оксиду заліза оксиди хрому, нікелю, ванадію отримують леговану сталь.

Оксид алюмінію являє собою білу, дуже тугоплавку (т.пл. 2050оС) і нерозчинну у воді масу. Природний Al2O3 (мінерал корунд), а також  отриманий штучно і потім сильно прожарений відрізняється великою твердістю і нерозчинністю в кислотах. У розчинний стан Al2O3 (т.зв. глинозем) можна перевести сплавкою з лугами.

Звичайно забруднений оксидом заліза природний корунд унаслідок своєї надзвичайної твердості застосовується для виготовлення шліфувальних кругів, брусків і т.д. У дрібно роздробленому виді він за назвою наждаку служить для очищення металевих поверхонь і виготовлення наждакового папера. Для тих же цілей часто користаються Al2O3, одержуваним сплавкою бокситу (технічна назва – алунд).

Прозорі кристали корунду – червоний рубін – домішка хрому – і синій сапфір – домішка титана і заліза – дорогоцінні камені. Їх одержують так само штучно і використовують для технічних цілей, наприклад, для виготовлення деталей точних приладів, каменів у годинник і т.п. Кристали рубінів, що містять малу домішку Cr2O3, застосовують як квантові генератори – лазери, що створюють пучок монохроматичного випромінювання.

Через нерозчинність Al2O3 у воді гідроксид Al(OH)3 може бути отриманий лише непрямим шляхом із солей. Одержання гідроксида можна уявити у виді наступної схеми. При дії лугів іонами OH- поступово заміщаються в аквокомплексах [Al(OH2)6]3+ молекули води:

[Al(OH2)6]3+ + OH- = [Al(OH)(OH2)5]2+ + H2O;

[Al(OH)(OH2)5]2+ + OH- = [Al(OH)2(OH2)4]+ + H2O;

[Al(OH)2(OH2)4]+ + OH- = [Al(OH)3(OH2)3]0 + H2O.

Al(OH)3 являє собою об'ємистий драглистий осад білого кольору, практично нерозчинний у воді, але легко розчиняється в кислотах і сильних лугах. Він має, отже, амфотерний характер. Однак і основні й особливо кислотні його властивості виражені досить слабко. У надлишку NH4OH гідроксид алюмінію нерозчинний. Одна з форм дегідратованого гідроксида – алюмогель використовується в техніці як адсорбент.

При взаємодії із сильними лугами утворяться відповідні алюмінати:

NaOH + Al(OH)3 = Na[Al(OH)4].

Алюмінати найбільш активних одновалентних металів у воді добре розчинні, але через сильний гідроліз розчини їх стійкі лише при наявності достатнього надлишку лугу. Алюмінати, що утворюються більш слабшими основами, гідролізовані в розчині практично повністю і тому можуть бути отримані тільки сухим шляхом (плавкою Al2O3 з оксидами відповідних металів). Утворяться метаалюмінати, більшість з них у воді нерозчинні.

З кислотами Al(OH)3 утворює солі. Похідні більшості сильних кислот добре розчинні у воді, але досить значно гідролізовані, і тому розчини їх показують кислу реакцію. Ще сильніше гідролізовані розчинні солі алюмінію і слабких кислот. Унаслідок гідролізу сульфід, карбонат, ціанід і деякі інші солі алюмінію з водних розчинів одержати не вдається.

У водному середовищі аніон Al3+ безпосередньо оточений шістьма молекулами води. Такий гідратований іон трохи дисоціює за схемою:

[Al(OH2)6]3+ + H2O = [Al(OH)(OH2)5]2+ + OH3+.

Константа його дисоціації дорівнює 1∙10-5, тобто він є слабкою кислотою Октаедричне оточення Al3+ шістьма молекулами води зберігається й у кристалогідратах ряду солей алюмінію.

Алюмосилікати можна розглядати як силікати, у яких частина кремнійкисневих тетраедрів Si44- замінена на алюмокисневі тетраедри Al45-. З алюмосилікатів найбільш поширені польові шпати, на частку яких приходиться більш половини маси земної кори. Головні їхні представники – мінерали:

ортоклаз K2Al2Si6O16 чи K2O∙Al2O3∙6Si2;

альбіт Na2Al2Si6O16 чи Na2O∙Al2O3∙6Si2;

анортит CaAl2Si2O8 чи Ca∙Al2O3∙2Si2;

Дуже поширені мінерали групи слюд, наприклад мусковіт Kal2(AlSi3O10)(OH)2. Велике практичне значення має мінерал нефелін (Na,K)2[Al2Si2O8], що використовується для одержання глинозему і цементу. Це виробництво складається з наступних операцій: 

a) нефелін і вапняк спекають у трубчастих печах при 1200оС:

(Na,K)2[Al2Si2O8] + 2CaCO3 = 2CaSi3 + NaAl2 + KAl2 + 2CO2;

б) масу, що утворилася, вилужують водою - утвориться розчин алюмінатів натрію і калію і:

NaAl2 + KAl2 + 4H2O = Na[Al(OH)4] + K[Al(OH)4];

в) через розчин алюмінатів пропускають CO2:

Na[Al(OH)4] + K[Al(OH)4] + 2CO2 = NaHCO3 + KHCO3 + 2Al(OH)3;