С чем взаимодействует алюминий

Химические реакции алюминия

Химические свойства алюминия

Химические свойства алюминия определяются его положением в периодической системе химических элементов.

Ниже представлены основные химические реакции алюминия с другими химическими элементами. Эти реакции определяют основные химические свойства алюминия.

С чем реагирует алюминий

Простые вещества:

Сложные вещества:

С чем не реагирует алюминий

Алюминий не реагирует:

Алюминий и воздух

Обычно поверхность алюминия всегда покрыта тонким слоем оксида алюминия, который защищает ее от воздействия воздуха, точнее, кислорода. Поэтому считается, что алюминий не вступает в реакцию с воздухом. Если же этот оксидный слой повреждается или удаляется, то свежая поверхность алюминия реагирует с кислородом воздуха. Алюминий может гореть в кислороде ослепительно белым пламенем с образованием оксида алюминия Al2O3.

Реакция алюминия с кислородом:

Алюминий и вода

Алюминий реагирует с водой по следующим реакциям [2]:

В результате этих реакций образуются, соответственно, следующие соединения алюминия:

Эти реакции, кстати, представляют большой интерес при разработке компактных установок для получения водорода для транспортных средств, которые работают на водороде [2].

Все эти реакции являются термодинамически возможными при температуре от комнатной до температуры плавления алюминия 660 ºС. Все они являются также экзотермическими, то есть происходят с выделением тепла [2]:

Таким образом, оксид алюминия Al₂O₃ становится термодинамически более устойчивым, чем Al(OH)₃ при повышенной температуре. Продуктом реакции алюминия с водой при комнатной температуре будет гидроксид алюминия Al(OH)₃.

Реакция (1) показывает, что алюминий должен самопроизвольно реагировать с водой при комнатной температуре. Однако на практике кусок алюминия, опущенный в воду, не реагирует с водой в условиях комнатной температуры и даже в кипящей воде. Дело в том, что алюминий имеет на поверхности тонкий когерентный слой оксида алюминия Al₂O₃. Эта оксидная пленка прочно удерживается на поверхности алюминия и предотвращает его реакцию с водой. Поэтому, чтобы начать и поддерживать реакцию алюминия с водой при комнатной температуре необходимо постоянно удалять или разрушать этот оксидный слой [2].

Алюминий и галогены

Алюминий бурно реагирует со всем галогенами – это:

с образованием соответственно:

Реакции водорода со фтором, хлором, бромом и иодином:

Алюминий и кислоты

Алюминий активно вступает в реакцию с разбавленными кислотами: серной, соляной и азотной, с образованием соответствующих солей: сернокислого алюминия Al₂SO₄, хлорида алюминия AlCl₃ и нитрата алюминия Al(NО₃)₃.

Реакции алюминия с разбавленными кислотами:

С концентрированными серной и соляной кислотами при комнатной температуре не взаимодействует, при нагревании реагирует с образованием соли, окислов и воды.

Алюминий и щелочи

Алюминий в водном растворе щелочи – гидроксида натрия – реагирует с образованием алюмината натрия.

Реакция алюминия с гидроксидом натрия имеет вид:

Все важнейшие реакции с алюминием

Для полноты информации приводим перечень основных реакций с участием алюминия из фундаментальной книги про алюминий [3]:

Важнейшие реакции с участием алюминия [3]

1. Chemical Elements. The first 118 elements, ordered alphabetically / ed. Wikipedians – 2018

2. Reaction of Aluminum with Water to Produce Hydrogen /John Petrovic and George Thomas, U.S. Department of Energy, 2008

3. Тринадцатый элемент: Энциклопедия / А. Дроздов – Библиотека РУСАЛа, 2007.

Источник

Алюминий. Химия алюминия и его соединений

Бинарные соединения алюминия

Алюминий

Положение в периодической системе химических элементов

Алюминий расположен в главной подгруппе III группы (или в 13 группе в современной форме ПСХЭ) и в третьем периоде периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева.

Электронное строение алюминия и свойства

Электронная конфигурация алюминия в основном состоянии :

+13Al 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1 1s 2s 2p 3s 3p

Электронная конфигурация алюминия в возбужденном состоянии :

+13Al * 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 3p 2 1s 2s 2p 3s 3p

Алюминий проявляет парамагнитные свойства. Алюминий на воздухе быстро образует прочные оксидные плёнки, защищающие поверхность от дальнейшего взаимодействия, поэтому устойчив к коррозии.

Физические свойства

Алюминий – лёгкий металл серебристо-белого цвета, легко поддающийся формовке, литью, механической обработке. Обладает высокой тепло- и электропроводностью.

Алюминий — один из наиболее ценных цветных металлов для вторичной переработки. На протяжении последних лет, цена на лом алюминия в пунктах приема непреклонно растет. По ссылке можно узнать о том, как сдать лом алюминия.

Нахождение в природе

Алюминий — самый распространенный металл в природе, и 3-й по распространенности среди всех элементов (после кислорода и кремния). Содержание в земной коре — около 8%.

В природе алюминий встречается в виде соединений:

Корунд Al₂O₃. Красный корунд называют рубином, синий корунд называют сапфиром.

Способы получения

Алюминий образует прочную химическую связь с кислородом. Поэтому традиционные способы получения алюминия восстановлением из оксида протекают требуют больших затрат энергии. Для промышленного получения алюминия используют процесс Холла-Эру. Для понижения температуры плавления оксид алюминия растворяют в расплавленном криолите (при температуре 960-970 о С) Na₃AlF₆, а затем подвергают электролизу с углеродными электродами. При растворении в расплаве криолита оксид алюминия распадается на ионы:

На катоде происходит восстановление ионов алюминия:

Катод: Al 3+ +3e → Al 0

На аноде происходит окисление алюминат-ионов:

Суммарное уравнение электролиза расплава оксида алюминия:

Лабораторный способ получения алюминия заключается в восстановлении алюминия из безводного хлорида алюминия металлическим калием:

AlCl₃ + 3K → Al + 3KCl

Качественные реакции

AlCl₃ + 3NaOH → Al(OH)₃ + 3NaCl

При дальнейшем добавлении щелочи амфотерный гидроксид алюминия растворяется с образованием тетрагидроксоалюмината:

AlCl₃ + 4NaOH = Na[Al(OH)₄] + 3NaCl

Соли алюминия можно обнаружить с помощью водного раствора аммиака. При взаимодействии растворимых солей алюминия с водным раствором аммиака также в ыпадает полупрозрачный студенистый осадок гидроксида алюминия.

AlCl₃ + 3NH₃·H₂O = Al(OH)₃ ↓ + 3NH₄Cl

Al 3+ + 3NH₃·H₂O = Al(OH)₃ ↓ + 3NH₄ +

Видеоопыт взаимодействия раствора хлорида алюминия с раствором аммиака можно посмотреть здесь.

Химические свойства

1.1. Алюминий реагируют с галогенами с образованием галогенидов:

1.2. Алюминий реагирует с серой с образованием сульфидов:

Al + P → AlP

1.4. С азотом алюминий реагирует при нагревании до 1000 о С с образованием нитрида:

2Al + N₂ → 2AlN

1.5. Алюминий реагирует с углеродом с образованием карбида алюминия:

1.6. Алюминий взаимодействует с кислородом с образованием оксида:

Видеоопыт взаимодействия алюминия с кислородом воздуха (горение алюминия на воздухе) можно посмотреть здесь.

2. Алюминий взаимодействует со сложными веществами:

2.1. Реагирует ли алюминий с водой? Ответ на этот вопрос вы без труда найдете, если покопаетесь немного в своей памяти. Наверняка хотя бы раз в жизни вы встречались с алюминиевыми кастрюлями или алюминиевыми столовыми приборами. Такой вопрос я любил задавать студентам на экзаменах. Что самое удивительное, ответы я получал разные — у кого-то алюминий таки реагировал с водой. И очень, очень многие сдавались после вопроса: «Может быть, алюминий реагирует с водой при нагревании?» При нагревании алюминий реагировал с водой уже у половины респондентов))

2Al 0 + 6 H₂ + O → 2 Al +3 ( OH)₃ + 3 H₂ 0

Амальгаму алюминия можно получить, выдержав кусочки алюминия в растворе хлорида ртути ( II ):

3HgCl₂ + 2Al → 2AlCl₃ + 3Hg

Видеоопыт взаимодействия амальгамы алюминия с водой можно посмотреть здесь.

2.2. Алюминий взаимодействуют с минеральными кислотами (с соляной, фосфорной и разбавленной серной кислотой). При этом образуются соль и водород.

2Al + 6HCl = 2AlCl₃ + 3H₂↑

2.3. При обычных условиях алюминий не реагирует с концентрированной серной кислотой из-за пассивации – образования плотной оксидной пленки. При нагревании реакция идет, образуются оксид серы (IV), сульфат алюминия и вода:

2.4. Алюминий не реагирует с концентрированной азотной кислотой также из-за пассивации.

С разбавленной азотной кислотой алюминий реагирует с образованием молекулярного азота:

При взаимодействии алюминия в виде порошка с очень разбавленной азотной кислотой может образоваться нитрат аммония:

2Al + 2NaOH + 6H₂O → 2Na[Al(OH)₄] + 3H₂ ↑

Видеоопыт взаимодействия алюминия со щелочью и водой можно посмотреть здесь.

Алюминий реагирует с расплавом щелочи с образованием алюмината и водорода:

2Al + 6NaOH → 2Na₃AlO₃ + 3H₂ ↑

Эту же реакцию можно записать в другом виде (в ЕГЭ рекомендую записывать реакцию именно в таком виде):

2Al + 6NaOH → 2NaAlO₂ + 3H₂↑ + 2Na₂O

2Al + 3CuO → 3Cu + Al₂O₃

Еще пример : алюминий восстанавливает железо из железной окалины, оксида железа (II, III):

Восстановительные свойства алюминия также проявляются при взаимодействии его с сильными окислителями: пероксидом натрия, нитратами и нитритами в щелочной среде, перманганатами, соединениями хрома (VI):

Источник

Алюминий

Алюминий является самым распространенным металлом в земной коре. Свойства алюминия позволяют активно применять в составе металлоконструкций: он легкий, мягкий, поддается штамповке, обладает высокой антикоррозийной устойчивостью.

Для алюминия характерна высокая химическая активность, отличается также высокой электро- и теплопроводностью.

Основное и возбужденное состояние

При переходе атома алюминия в возбужденное состояние 2 электрона s-подуровня распариваются, и один электрон переходит на p-подуровень.

Природные соединения

Получение

Химические свойства

При комнатной температуре реагирует с галогенами (кроме фтора) и кислородом, покрываясь при этом оксидной пленкой.

Al + Br₂ → AlBr₃ (бромид алюминия)

При нагревании алюминий вступает в реакции с фтором, серой, азотом и углеродом.

Al + F₂ → (t) AlF₃ (фторид алюминия)

Al + S → (t) Al₂S₃ (сульфид алюминия)

Al + N₂ → (t) AlN (нитрид алюминия)

Al + C → (t) Al₄C₃ (карбид алюминия)

С помощью алюминотермии получают Fe, Cr, Mn, Ca, Ti, V, W.

Оксид алюминия

Проявляет амфотерные свойства: реагирует и с кислотами, и с основаниями.

Al₂O₃ + NaOH + H₂O → Na[Al(OH)₄] (тетрагидроксоалюминат натрия)

Гидроксид алюминия

Проявляет амфотерные свойства. Реагирует и с кислотами, и с основаниями. Вследствие нерастворимости гидроксид алюминия не реагирует с солями.

© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2021

Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.

Источник

2.2.3. Характерные химические свойства алюминия.

Взаимодействие алюминия с простыми веществами

с кислородом

При контакте абсолютно чистого алюминия с воздухом атомы алюминия, находящиеся в поверхностном слое, мгновенно взаимодействуют с кислородом воздуха и образуют тончайшую, толщиной в несколько десятков атомарных слоев, прочную оксидную пленку состава Al₂O₃, которая защищает алюминий от дальнейшего окисления. Невозможно и окисление крупных образцов алюминия даже при очень высоких температурах. Тем не менее, мелкодисперсный порошок алюминия довольно легко сгорает в пламени горелки:

с галогенами

Алюминий очень энергично реагирует со всеми галогенами. Так, реакция между перемешанными порошками алюминия и йода протекает уже при комнатной температуре после добавления капли воды в качестве катализатора. Уравнение взаимодействия йода с алюминием:

С бромом, представляющим собой тёмно-бурую жидкость, алюминий также реагирует без нагревания. Образец алюминия достаточно просто внести в жидкий бром: тут же начинается бурная реакция с выделением большого количества тепла и света:

Реакция между алюминием и хлором протекает при внесении нагретой алюминиевой фольги или мелкодисперсного порошка алюминия в заполненную хлором колбу. Алюминий эффектно сгорает в хлоре в соответствии с уравнением:

с серой

При нагревании до 150-200 о С или после поджигания смеси порошкообразных алюминия и серы между ними начинается интенсивная экзотермическая реакция с выделением света:

— сульфид алюминия

с азотом

При взаимодействии алюминия с азотом при температуре около 800 o C образуется нитрид алюминия:

с углеродом

Взаимодействие алюминия со сложными веществами

с водой

Как уже было сказано выше, стойкая и прочная оксидная пленка из Al₂O₃ не дает алюминию окисляться на воздухе. Эта же защитная оксидная пленка делает алюминий инертным и по отношению к воде. При снятии защитной оксидной пленки с поверхности такими методами, как обработка водными растворами щелочи, хлорида аммония или солей ртути (амальгирование), алюминий начинает энергично реагировать с водой с образованием гидроксида алюминия и газообразного водорода:

с оксидами металлов

После поджигания смеси алюминия с оксидами менее активных металлов (правее алюминия в ряду активности) начинается крайне бурная сильно-экзотермическая реакция. Так, в случае взаимодействия алюминия с оксидом железа (III) развивается температура 2500-3000 о С. В результате этой реакции образуется высокочистое расплавленное железо:

Данный метод получения металлов из их оксидов путем восстановления алюминием называется алюмотермией или алюминотермией.

с кислотами-неокислителями

Взаимодействие алюминия с кислотами-неокислителями, т.е. практически всеми кислотами, кроме концентрированной серной и азотной кислот, приводит к образованию соли алюминия соответствующей кислоты и газообразного водорода:

2Аl 0 + 6Н + = 2Аl 3+ + 3H₂ 0 ;

с кислотами-окислителями

-концентрированной серной кислотой

Взаимодействие алюминия с концентрированной серной кислотой в обычных условиях, а также низких температурах не происходит вследствие эффекта, называемого пассивацией. При нагревании реакция возможна и приводит к образованию сульфата алюминия, воды и сероводорода, который образуется в результате восстановления серы, входящей в состав серной кислоты:

— концентрированной азотной кислотой

Концентрированная азотная кислота в обычных условиях также пассивирует алюминий, что делает возможным ее хранение в алюминиевых емкостях. Так же, как и в случае с концентрированной серной, взаимодействие алюминия с концентрированной азотной кислотой становится возможным при сильном нагревании, при этом преимущественно параллельно протекают реакции:

— разбавленной азотной кислотой

Взаимодействие алюминия с разбавленной по сравнению с концентрированной азотной кислотой приводит к продуктам более глубокого восстановления азота. Вместо NO в зависимости от степени разбавления могут образовываться N₂O и NH₄NO₃:

со щелочами

Алюминий реагирует как с водными растворами щелочей:

так и с чистыми щелочами при сплавлении:

В обоих случаях реакция начинается с растворения защитной пленки оксида алюминия:

В случае водного раствора алюминий, очищенный от защитной оксидной пленки, начинает реагировать с водой по уравнению:

Образующийся гидроксид алюминия, будучи амфотерным, реагирует с водным раствором гидроксида натрия с образованием растворимого тетрагидроксоалюмината натрия:

Источник

Реакции, взаимодействие алюминия. Уравнения реакции алюминия с веществами

Реакции, взаимодействие алюминия. Уравнения реакции алюминия с веществами.

Алюминий реагирует, взаимодействует с неметаллами, металлами, полуметаллами, оксидами, кислотами, основаниями, солями и пр. веществами.

Реакции, взаимодействие алюминия с неметаллами. Уравнения реакции:

1. Реакция взаимодействия алюминия и серы:

Реакция взаимодействия алюминия и серы происходит с образованием сульфида алюминия.

2. Реакция взаимодействия алюминия и фосфора:

4Al + P₄ → 4AlP (t = 500-800 °C).

Реакция взаимодействия алюминия и фосфора происходит с образованием фосфида алюминия. Реакция протекает в атмосфере водорода.

3. Реакция взаимодействия алюминия и селена:

Реакция взаимодействия алюминия и селена происходит с образованием селенида алюминия.

4. Реакция взаимодействия алюминия и кислорода:

5. Реакция взаимодействия алюминия и углерода :

Реакция взаимодействия алюминия и углерода происходит с образованием карбида алюминия.

6. Реакция взаимодействия алюминия и фтора:

Реакция взаимодействия алюминия и фтора происходит с образованием фторида алюминия.

7. Реакция взаимодействия алюминия и хлора:

Реакция взаимодействия алюминия и хлора происходит с образованием хлорида алюминия.

8. Реакция взаимодействия алюминия и брома:

Реакция взаимодействия алюминия и брома происходит с образованием бромида алюминия.

9. Реакция взаимодействия алюминия и йода:

Реакция взаимодействия алюминия и йода происходит с образованием йодида алюминия.

10. Реакция взаимодействия алюминия и азота:

2Al + N₂ → 2AlN (t = 800-1200 °C).

Реакция взаимодействия алюминия и азота происходит с образованием нитрида алюминия.

Реакции, взаимодействие алюминия с полуметаллами. Уравнения реакции:

1. Реакция взаимодействия алюминия и сурьмы:

Реакция взаимодействия алюминия и сурьмы происходит с образованием стибида алюминия.

2. Реакция взаимодействия алюминия и теллура:

Реакция взаимодействия алюминия и теллура происходит с образованием теллурида алюминия. Реакция протекает в атмосфере аргона.

Реакции, взаимодействие алюминия с оксидами. Уравнения реакции:

1. Реакция взаимодействия алюминия и воды:

Реакция взаимодействия алюминия и воды происходит с образованием гидроксида алюминия и водорода. Реакция протекает при условии отсутствия оксидной пленки на алюминии.

2. Реакция взаимодействия алюминия и оксида алюминия:

Реакция взаимодействия алюминия и оксида алюминия происходит с образованием оксида алюминия (I).

3. Реакция взаимодействия алюминия и оксида железа (III):

Реакция взаимодействия алюминия и оксида железа (III) происходит с образованием железа и оксида алюминия.

4. Реакция взаимодействия алюминия и оксида хрома:

Реакция взаимодействия алюминия и оксида хрома происходит с образованием хрома и оксида алюминия.

5. Реакция взаимодействия алюминия и оксида марганца:

3MnO + 2Al → 3Mn + Al₂O₃ (t = 800 °C).

Реакция взаимодействия алюминия и оксида марганца происходит с образованием марганца и оксида алюминия.

6. Реакция взаимодействия алюминия и оксида лития:

Реакция взаимодействия алюминия и оксида лития происходит с образованием лития и оксида алюминия.

7. Реакция взаимодействия алюминия и оксида меди:

3CuO + 2Al → 3Cu + Al₂O₃ (t = 1000-1100 °C).

Реакция взаимодействия алюминия и оксида меди происходит с образованием меди и оксида алюминия.

8. Реакция взаимодействия алюминия и оксида бария:

3BaO + 2Al → 3Ba + Al₂O₃ (t = 1200 °C).

Реакция взаимодействия алюминия и оксида бария происходит с образованием бария и оксида алюминия. Реакция протекает в вакууме.

9. Реакция взаимодействия алюминия и оксида кальция:

2Al + 6CaO → 3CaO•Al₂O₃ + 3Ca или 2Al + 6CaO → Ca₃Al₂O₆ + 3Ca (t°),

4CaO + 2Al → 3Ca + Ca(AlO₂)₂ (t = 1200 °C).

Реакция взаимодействия алюминия и оксида кальция происходит с образованием в первом случае – оксида алюминия-кальция (алюмината трикальция) и кальция, во втором – кальция и алюмината кальция.

10. Реакция взаимодействия алюминия и оксида бора:

Реакции, взаимодействие алюминия с солями. Уравнения реакции:

1. Реакция взаимодействия алюминия и карбоната лития:

Реакция взаимодействия карбоната лития и алюминия происходит с образованием лития, оксида алюминия и оксида углерода.

2. Реакция взаимодействия алюминия и бромида циркония (IV):

Реакция взаимодействия бромида циркония (IV) и алюминия происходит с образованием бромида циркония (III) и бромида алюминия.

3. Реакция взаимодействия алюминия и хлорида циркония (IV):

Реакция взаимодействия хлорида циркония (IV) и алюминия происходит с образованием хлорида циркония (III) и хлорида алюминия.

4. Реакция взаимодействия алюминия и хлорида кальция:

3CaCl₂ + 2Al → 3Ca + 2AlCl₃ (t = 600-700 °C).

Реакция взаимодействия хлорида кальция и алюминия происходит с образованием кальция и хлорида алюминия.

5. Реакция взаимодействия алюминия и йодида циркония (IV):

Реакция взаимодействия йодида циркония (IV) и алюминия происходит с образованием йодида циркония (III) и йодида алюминия.

6. Реакция взаимодействия алюминия, ортофосфата натрия и воды:

Реакция взаимодействия алюминия, ортофосфата натрия и воды происходит с образованием тетрагидроксоалюмината натрия, гидроортофосфата натрия и водорода. В ходе реакции используется концентрированный раствор ортофосфата натрия. Реакция протекает при кипении.

7. Реакция взаимодействия алюминия и хлорида железа:

Al + FeCl₃ → Fe + AlCl₃ (t = 200 °C).

Реакция взаимодействия хлорида железа и алюминия происходит с образованием хлорида алюминия и железа.

8. Реакция взаимодействия алюминия и хлорида меди:

Реакция взаимодействия хлорида меди и алюминия происходит с образованием хлорида алюминия и меди.

9. Реакция взаимодействия алюминия и хлорида алюминия:

2Al + AlCl₃ ⇄ 3AlCl (t > 800 °C).

Реакция взаимодействия хлорида алюминия и алюминия происходит с образованием монохлорида алюминия.

Реакции, взаимодействие алюминия с кислотами. Уравнения реакции:

1. Реакция взаимодействия алюминия и азотной кислоты:

Реакция взаимодействия алюминия и азотной кислоты происходит с образованием в первом случае – нитрата алюминия, оксида азота (II) и воды, во втором – нитрата алюминия, оксида азота (IV) и воды. В ходе первой реакции используется разбавленный раствор азотной кислоты, в ходе второй – концентрированный раствор азотной кислоты.

Аналогичные реакции протекают и с другими минеральными кислотами.

Реакции, взаимодействие алюминия с основаниями. Уравнения реакции:

1. Реакция взаимодействия алюминия, гидроксида натрия и воды:

Реакция взаимодействия алюминия, гидроксида натрия и воды происходит с образованием гексагидроксоалюмината натрия и водорода. Реакция протекает в горячей воде и концентрированном растворе гидроксида натрия.

2. Реакция взаимодействия алюминия, гидроксида калия и воды:

Реакция взаимодействия алюминия, гидроксида калия и воды происходит с образованием тетрагидроксоалюмината калия и водорода. Реакция протекает в горячем концентрированном растворе гидроксида калия.

Реакции, взаимодействие алюминия с водородсодержащими соединениями. Уравнения реакции:

1. Реакция взаимодействия алюминия и фтороводорода:

2Al + 6HF → 2AlF₃ + 3H₂ (t = 450-500 °C).

Реакция взаимодействия алюминия и фтороводорода происходит с образованием фторида алюминия и водорода. В ходе реакции используется разбавленный раствор фтороводорода.

2. Реакция взаимодействия алюминия и сероводорода:

Реакция взаимодействия алюминия и сероводорода происходит с образованием сульфида алюминия и водорода.

Источник