План лекции: Международная система единиц Атомно-молекулярное учение Стехиометрия химических реакций

3. Алюминий
Атом алюминия (ls²2s²2p⁶3s³Зр¹) больше по размеру, чем атом бора, и обладает меньшей энергией ионизации. Следовательно, неме­таллические признаки химического элемента алюминия выражены в меньшей степени, чем химического элемента бора. Для алюминия, как и для бора, наиболее характерна степень окисления +3. Отрицатель­ная поляризация атомов алюминия проявляется еще реже.
Алюминий - типичный амфотерный элемент, в отличие от бора для него типичны не только анионные, но и катионные комплексы.
По распространенности на Земле (6,6 %) алюминий за­нимает четвертое место (после О, Н, Si), состоит из одного стабильного изотопа ²⁷А1. Основная масса алюминия сосредоточена в алюмосили­катах. Из других минералов наибольшее промышленное значение имеют боксит А1₂О₃*nH₂O и криолит Na₃AiF₆. Распространенным продуктом разрушения горных пород является каолин, состоящий в основном из глинистого минерала каолинита Al₄[Si₄0₁₀](0H)₈ (А1₂О₃ * 2SiO₂ * 2Н₂О).
Простое вещество. В виде простого вещества алюминий — сереб­ристо-белый металл (т. пл. 660°С, т. кbп. ~ 2500°С). Кристаллизуется в гранецентрированной кубической решетке. Обладает высокой электрической проводностью и теплопроводностью, исключительно пластичен.
Алюминий химически активен; даже в обычных условиях покры­вается очень прочной тончайшей (0,00001 мм) оксидной пленкой. Последняя несколько ослабляет металлический блеск алюминия и определяет его довольно высокую коррозионную стойкость. Так, алюминий горит в кислороде лишь при высокой температуре и притом в мелкораздробленном состоянии. Взаимодействие сопровождается большим выделением тепла. По­добным же образом протекает взаимодействие алюминия с серой. С хло­ром и бромом он реагирует при обычной температуре, а с иодом — при нагревании или в присутствии воды как катализатора. При сильном нагревании реагирует с азотом (800°С) и углеродом (2000⁰С). С водо­родом непосредственно не взаимодействует.
Вследствие высокого сродства к кислороду алюминий активно восстанавливает многие металлы из оксидов (алюмотермия). При этом реакция обычно сопровождается выделением большого количества тепла и повышением температуры до 1200…3000°С. Алюмотермия применяется в производстве марганца, хрома, ванадия, вольфрама, ферросплавов.
Будучи амфотерным, алюминий растворяется в растворах кислот и щелочей, образуя соответственно катионные и анионные комплексы:
2А1 + 6OH₃⁺ + 6Н₂О = 3Н₂ + 2[Al(OH₂)₆]³⁺
2А1 + 6OH^- + 6Н₂О = 3Н₂ + 2[Al(OH)₆]^3-.
Как в том, так и в другом случае окисление алюминия сопровождается выделением водорода. Если механическим путем или амальгамирова­нием снять предохраняющее действие оксидной пленки, то алюминий энергично взаимодействует с водой:
2А1 + 6Н₂О = 2А1(ОН)₃ + 3Н₂.
Вследствие образования защитной пленки алюминий устойчив в очень разбавленной HNO₃ и концентрированных растворах HNO₃ и H₂SO₄ на холоду. Склонность к пассивированию позволяет повысить коррозионную стойкость алюминия обработкой его поверхности соот­ветствующими окислителями (конц. HNO₃, К₂Сr₂0₇) или анодным окислением. При этом толщина защитной пленки возрастает. Устой­чивость алюминия позволяет использовать его для изготовления ем­костей для хранения и транспортировки азотной кислоты.
По применению алюминий занимает одно из первых мест среди металлов. Из него изготовляется химическая аппаратура, электри­ческие провода, конденсаторы и др. Алюминиевая фольга (толщиной 0,005 мм) применяется в пищевой и фармацевтической промышленности для упаковки продуктов и препаратов. Основная масса алюминия ис­пользуется для получения легких сплавов — дюралюмина (94% А1, 4% Сu, по 0,5% Mg, Мn, Fe и Si), силумина (85…90% А1, 10…14% Si, 0,1% Na) и др. Сплавы алюминия широко используются в автомобиле­строении, судостроении, авиационной технике и пр. Алюминий при­меняется, кроме того, как легирующая добавка ко многим сплавам для придания им жаростойкости. Соединения алюминия с d-элементами — алюминиды и их сплавы используются в качестве жаропрочных (до 1200°С) материалов (NiAl, Ni₃Al, CoAl, Ti₃Al, TiAl и др.).
В промышленности алюминий получают электролизом раствора Глинозема Al₂O₃ в расплавленном криолите Na₃AlF₃.