Аллюминий

анортит CaAl₂Si₂O₈ или CaO^.Al₂O₃^.2SiO₂

Очень распространены минералы группы слюд, например мусковит Kal₂(AlSi₃O₁₀)(OH)₂. Большое практическое значение имеет минерал нефелин (Na,K)₂[Al₂Si₂O₈], который используется для получения глинозема содовых продуктов и цемента. Это производство складывается из следующих операций:

a) нефелин и  известняк спекают в трубчатых печах при 1200^оС:

(Na,K)₂[Al₂Si₂O₈] + 2CaCO₃ = 2CaSiO₃ + NaAlO₂ + KAlO₂ + 2CO₂­

б) образовавшуюся массу выщелачивают водой - образуется раствор алюминатов натрия и калия  и шлам CaSiO₃:

NaAlO₂ + KAlO₂ + 4H₂O = Na[Al(OH)₄] + K[Al(OH)₄]

в) через раствор  алюминатов пропускают образовавшийся при спекании CO₂:

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

г) нагреванием Al(OH)₃ получают глинозем:

2Al(OH)₃ = Al₂O₃ + 3H₂O

д) выпариванием маточного раствора выделяют соду и  потаж, а ранее полученный шлам идет на производство цемента.

При производстве 1 т Al₂O₃ получают 1 т содопродуктов и 7.5 т цемента.

Некоторые алюмосиликаты  обладают рыхлой структурой и способны к ионному обмену. Такие силикаты - природные и особенно искусственные - применяются для водоумягчения. Кроме того, благодаря своей сильно развитой поверхности, они используются в качестве носителей катализаторов, т.е. как материалы, пропитываемые катализатором.

Галогениды  алюминия в обычных условиях - бесцветные кристаллические вещества. В ряду галогенидов алюминия AlF₃ сильно отличается по свойствам от своих аналогов. Он тугоплавок, мало растворяется в воде, химически неактивен. Основной способ получения AlF₃ основан на действии безводного HF на Al₂O₃ или Al:

Al₂O₃ + 6HF = 2AlF₃ + 3H₂O

Соединения алюминия с хлором, бромом и иодом легкоплавки, весьма реакционноспособны и хорошо растворимы не только в воде, но и во многих органических растворителях. Взаимодействие галогенидов алюминия с водой сопровождается значительным выделением теплоты. В водном растворе все они сильно гидролизованы, но в отличие от типичных кислотных галогенидов неметаллов их гидролиз неполный и обратимый. Будучи заметно летучими уже при обычных условиях, AlCl₃, AlBr₃ и AlI₃ дымят во влажном воздухе (вследствие гидролиза). Они могут быть получены прямым взаимодействием простых веществ.

Плотности паров AlCl₃, AlBr₃ и AlI₃ при сравнительно невысоких температурах более или менее точно соответствуют удвоенным формулам - Al₂Hal₆. Пространственная структура этих молекул отвечает двум тетраэдрам с общим ребром. Каждый атом алюминия связан с четырьмя атомами галогена, а каждый из центральных атомов галогена - с обоими атомами алюминия. Из двух связей центрального атома галогена одна является донорно-акцепторной, причем алюминий функционирует в качестве акцептора.

С галогенидными  солями ряда одновалентных металлов галогениды алюминия образуют комплексные  соединения, главным образом типов M₃[AlF₆] и M[AlHal₄] (где Hal - хлор, бром или иод). Склонность к реакциям присоединения вообще сильно выражена у рассматриваемых галогенидов. Именно с этим связано важнейшее техническое применение AlCl₃ в качестве катализатора (при переработке нефти и при органических синтезах).

Из фторалюминатов наибольшее применение (для получения Al, F₂, эмалей, стекла и пр.) имеет криолит Na₃[AlF₆]. Промышленное производство искусственного криолита основано на обработке гидроксида алюминия плавиковой кислотой и содой:

2Al(OH)₃ + 12HF + 3Na₂CO₃ = 2Na₃[AlF₆] + 3CO₂ + 9H₂O

Хлоро-, бромо- и  иодоалюминаты получаются при сплавлении тригалогенидов алюминия с галогенидами соответствующих металлов.

Хотя с водородом  алюминий химически не взаимодействует, гидрид алюминия можно получить косвенным  путем. Он представляет собой белую  аморфную массу состава (AlH₃)_n. Разлагается при нагревании выше 105^оС с выделением водорода.

При взаимодействии AlH₃ с основными гидридами в эфирном растворе образуются гидроалюминаты:

LiH + AlH₃ = Li[AlH₄]

Гидридоалюминаты - белые твердые вещества. Бурно  разлагаются водой. Они - сильные  восстановители. Применяются (в особенности Li[AlH₄]) в органическом синтезе.

Сульфат алюминия Al₂(SO₄)₃^.18H₂O получается при действии горячей серной кислоты на оксид алюминия или на каолин. Применяется для очистки воды, а также при приготовлении некоторых сортов бумаги.

Алюмокалиевые квасцы KAl(SO₄)₂^.12H₂O применяются в больших количествах для дубления кож, а также в красильном деле в качестве протравы для хлопчатобумажных тканей. В последнем случае действие квасцов основано на том, что образующиеся вследствие их гидролиза гидроксид алюминия отлагается в волокнах ткани в мелкодисперсном состоянии и, адсордбируя краситель, прочно удерживает его на волокне.

Из остальных  производных алюминия следует упомянуть  его ацетат (иначе - уксуснокислую  соль) Al(CH₃COO)₃, используемый при крашении тканей (в качестве протравы) и в медицине (примочки и компрессы). Нитрат алюминия легко растворим в воде. Фосфат алюминия нерастворим в воде и уксусной кислоте, но растворим в сильных кислотах и щелочах.

Несмотря на наличие громадных количеств  алюминия в почках, растениях, как правило, содержат мало этого элемента. Еще значительно меньше его содержание в животных организмах. У человека оно составляет лишь десятитысячные доли процента по массе. Биологическая роль алюминия не выяснена. Токсичностью соединения его не обладают.

 

Реакции, проведенные на практикуме

1. 2Al + 2NaOH + 6H₂O = 2Na[Al(OH)₄] + 3H₂­

На пластинке  алюминия начал выделяться водород, постепенно пластинка растаяла.

2. 2Al + 3H₂SO₄ = Al₂(SO₄)₃ + 3H₂­

Алюминий постепенно растворяется в разбавленной кислоте. При кипячении скорость растворения увеличивается.

3. 2Al + 6CH₃COOH = 2Al(CH₃COO)₃ + 3H₂­

Алюминий постепенно растворяется в разбавленной кислоте  при кипячении.

4. 4Al + 3O₂ = 2Al₂O₃

При сгорании алюминий превращается в белый порошок.

5. Al₂O₃ + 2NaOH + 3H₂O = 2Na[Al(OH)₄]

Полученный  оксид алюминия растворяется в щелочи.

6. 2Al + 3I₂ = 2AlI₃

В ступку со смесью алюминия и иода добавили каплю воды в качестве катализатора. Реакция  прошла быстро, выделились пары иода фиолетового  цвета.

7. 3CuCl₂ + 2Al = 3Cu + 2AlCl₃

Раствор постепенно стал прозрачным, на дно пробирки выпал  осадок меди в виде бурых камешков.

8. Al₂(SO₄)₃ + 6NH₄OH = 2Al(OH)₃¯ + 3(NH₄)₂SO₄

Образовался осадок, похожий на белый жидкий кисель.

9. Al(OH)₃ + NaOH = Na[Al(OH)₄]

Осадок растворился в щелочи.

10. 2Al(OH)₃ + 3H₂SO₄ = Al₂(SO₄)₃ + 6H₂O

Осадок растворился  в кислоте.

 

 

 

 

 

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ:

1. В.А.Рабинович,  З.Я.Хавин “Краткий химический  справочник”

2. Л.С.Гузей “Лекции  по общей химии”

3. Н.С.Ахметов  “Общая и неорганическая химия”

4. Б.В.Некрасов  “Учебник общей химии”

5. Н.Л.Глинка  “Общая химия”