Физические и химические свойства Алюминий — типичный металл, кристаллическая решетка кубическая гранецентрированная, параметр а = 0,40403 нм. Температура плавления чистого металла 660 °C, температура кипения около 2450 °C, плотность 2,6989 г/см3. Температурный коэффициент линейного расширения алюминия около 2,5·10-5 К-1. Стандартный электродный потенциал Al3+/Al –1,663В. Химически алюминий — довольно активный металл. На воздухе его поверхность мгновенно покрывается плотной пленкой оксида Al2О3, которая препятствует дальнейшему доступу кислорода к металлу и приводит к прекращению реакции, что обусловливает высокие антикоррозионные свойства алюминия. Защитная поверхностная пленка на алюминии образуется также, если его поместить в концентрированную азотную кислоту. С остальными кислотами алюминий активно реагирует: 6НСl + 2Al = 2AlCl3 + 3H2, 3Н2SO4 + 2Al = Al2(SO4)3 + 3H2. Алюминий реагирует с растворами щелочей. Сначала растворяется защитная оксидная пленка: Al2О3 + 2NaOH + 3H2O = 2Na[Al(OH)4]. Затем протекают реакции: 2Al + 6H2O = 2Al(OH)3 + 3H2, NaOH + Al(OH)3 = Na[Al(OH)4], или суммарно: 2Al + 6H2O + 2NaOH = Na[Al(OH)4] + 3Н2, и в результате образуются алюминаты: Na[Al(OH)4] — алюминат натрия (тетрагидроксоалюминат натрия), К[Al(OH)4] — алюминат калия (терагидроксоалюминат калия) или др. Так как для атома алюминия в этих соединениях характерно координационное число 6, а не 4, то действительные формулы указанных тетрагидроксосоединений следующие: Na[Al(OH)4(Н2О)2] и К[Al(OH)4(Н2О)2]. При нагревании алюминий реагирует с галогенами: 2Al + 3Cl2 = 2AlCl3, 2Al + 3 Br2 = 2AlBr3. Интересно, что реакция между порошками алюминия и иода начинается при комнатной температуре, если в исходную смесь добавить несколько капель воды, которая в данном случае играет роль катализатора: 2Al + 3I2 = 2AlI3. Взаимодействие алюминия с серой при нагревании приводит к образованию сульфида алюминия: 2Al + 3S = Al2S3, который легко разлагается водой: Al2S3 + 6Н2О = 2Al(ОН)3 + 3Н2S. С водородом алюминий непосредственно не взаимодействует, однако косвенными путями, например, с использованием алюминийорганических соединений, можно синтезировать твердый полимерный гидрид алюминия (AlН3)х — сильнейший восстановитель. В виде порошка алюминий можно сжечь на воздухе, причем образуется белый тугоплавкий порошок оксида алюминия Al2О3. Высокая прочность связи в Al2О3 обусловливает большую теплоту его образования из простых веществ и алюминия восстанавливать многие металлы из их оксидов, например: 3Fe3O4 + 8Al = 4Al2O3 + 9Fe и даже 3СаО + 2Al = Al2О3 + 3Са. Такой получения металлов называют алюминотермией. Амфотерному оксиду Al2О3 соответствует амфотерный гидроксид — аморфное полимерное соединение, не имеющее постоянного состава. Состав гидроксида алюминия может быть передан формулой xAl2O3·yH2O, при изучении химии в школе формулу гидроксида алюминия чаще всего указывают как Аl(OH)3. В лаборатории гидроксид алюминия можно получить в виде студенистого осадка обменными реакциями: Al2(SO4)3 + 6NaOH = 2Al(OH)3Ї + 3Na2SO4, или за счет добавления соды к раствору соли алюминия: 2AlCl3 + 3Na2CO3 + 3H2O = 2Al(OH)3Ї + 6NaCl + 3CO2, а также добавлением раствора аммиака к раствору соли алюминия: AlCl3 + 3NH3·H2O = Al(OH)3Ї + 3H2O + 3NH4Cl.
Алюминий — типичный металл, кристаллическая решетка кубическая гранецентрированная, параметр а = 0,40403 нм. Температура плавления чистого металла 660 °C, температура кипения около 2450 °C, плотность 2,6989 г/см3. Температурный коэффициент линейного расширения алюминия около 2,5·10-5 К-1. Стандартный электродный потенциал Al3+/Al –1,663В.
Химически алюминий — довольно активный металл. На воздухе его поверхность мгновенно покрывается плотной пленкой оксида Al2О3, которая препятствует дальнейшему доступу кислорода к металлу и приводит к прекращению реакции, что обусловливает высокие антикоррозионные свойства алюминия. Защитная поверхностная пленка на алюминии образуется также, если его поместить в концентрированную азотную кислоту.
С остальными кислотами алюминий активно реагирует:
6НСl + 2Al = 2AlCl3 + 3H2,
3Н2SO4 + 2Al = Al2(SO4)3 + 3H2.
Алюминий реагирует с растворами щелочей. Сначала растворяется защитная оксидная пленка:
Al2О3 + 2NaOH + 3H2O = 2Na[Al(OH)4].
Затем протекают реакции:
2Al + 6H2O = 2Al(OH)3 + 3H2,
NaOH + Al(OH)3 = Na[Al(OH)4],
или суммарно:
2Al + 6H2O + 2NaOH = Na[Al(OH)4] + 3Н2,
и в результате образуются алюминаты: Na[Al(OH)4] — алюминат натрия (тетрагидроксоалюминат натрия), К[Al(OH)4] — алюминат калия (терагидроксоалюминат калия) или др. Так как для атома алюминия в этих соединениях характерно координационное число 6, а не 4, то действительные формулы указанных тетрагидроксосоединений следующие: Na[Al(OH)4(Н2О)2] и К[Al(OH)4(Н2О)2].
При нагревании алюминий реагирует с галогенами:
2Al + 3Cl2 = 2AlCl3,
2Al + 3 Br2 = 2AlBr3.
Интересно, что реакция между порошками алюминия и иода начинается при комнатной температуре, если в исходную смесь добавить несколько капель воды, которая в данном случае играет роль катализатора:
2Al + 3I2 = 2AlI3.
Взаимодействие алюминия с серой при нагревании приводит к образованию сульфида алюминия:
2Al + 3S = Al2S3,
который легко разлагается водой:
Al2S3 + 6Н2О = 2Al(ОН)3 + 3Н2S.
С водородом алюминий непосредственно не взаимодействует, однако косвенными путями, например, с использованием алюминийорганических соединений, можно синтезировать твердый полимерный гидрид алюминия (AlН3)х — сильнейший восстановитель.
В виде порошка алюминий можно сжечь на воздухе, причем образуется белый тугоплавкий порошок оксида алюминия Al2О3.
Высокая прочность связи в Al2О3 обусловливает большую теплоту его образования из простых веществ и алюминия восстанавливать многие металлы из их оксидов, например:
3Fe3O4 + 8Al = 4Al2O3 + 9Fe и даже
3СаО + 2Al = Al2О3 + 3Са.
Такой получения металлов называют алюминотермией.
Амфотерному оксиду Al2О3 соответствует амфотерный гидроксид — аморфное полимерное соединение, не имеющее постоянного состава. Состав гидроксида алюминия может быть передан формулой xAl2O3·yH2O, при изучении химии в школе формулу гидроксида алюминия чаще всего указывают как Аl(OH)3.
В лаборатории гидроксид алюминия можно получить в виде студенистого осадка обменными реакциями:
Al2(SO4)3 + 6NaOH = 2Al(OH)3Ї + 3Na2SO4,
или за счет добавления соды к раствору соли алюминия:
2AlCl3 + 3Na2CO3 + 3H2O = 2Al(OH)3Ї + 6NaCl + 3CO2,
а также добавлением раствора аммиака к раствору соли алюминия:
AlCl3 + 3NH3·H2O = Al(OH)3Ї + 3H2O + 3NH4Cl.
• Нефть и природный газ;
• Получение метана из карбида алюминия или карбида бериллия:
Al4C3 + 12H2O = 4Al(OH)3 + 3CH4
Be2C + 4H2O = 2Be(OH)2 + CH4
• Получение метана газификацией угля:
С + 2Н2 --(1000°С)--> СН4
• Восстановление галогенпроизводных:
R-Cl+ H2 --(Pd, t°)--> R-H + HCl
R-I + HI --(t°)--> R-H + I2
(Для восстановления могут использоваться Na/Hg, гидриды металлов, Zn/HCl)
• Восстановление спиртов:
R-OH --(Li[AlH4])--> R-H
• Восстановление карбонильных соединений:
1. Реакция Кинжера-Вольфа.
R-C(O)-R' --(N2H4, KOH, ~200°C)--> R-CH2-R'
2. Реакция Клемменсена:
R-C(O)-R' --(Zn/Hg, HCl)--> R-CH2-R'
3. (Просто такой метод, без названия)
R-C(O)-R' --(1) HS-CH2-CH2-SH, BF3*Et2O; 2) Ni Ренея; )--> R-CH2-R'
• Гидрирование непредельных углеводородов:
СnH2n + H2 --(Ni, t°)--> CnH2n+2
CnH2n-2 + 2H2 --(Ni, t°)--> CnH2n+2
• Реакция Кольбе (электролиз растворов солей карбоновых кислот):
2RCOONa + 2H2O --(электролиз)--> R-R + 2CO2 + 2NaOH + H2
• Реакция Дюма (сплавление солей карбоновых кислот с твердыми щелочами):
RCOONa + NaOH --(t плав.)--> R-H + Na2CO3
• Реакция Вюрца:
2R-Hal + 2Na --(t° или -80°С, ТГФ)--> R-R + 2NaHal
• Синтез Фишера-Тропша:
nCO + (2n + 1)H2 --(~200°C, 1-30 атм., Co-содерж. катализаторы)--> CnH2n+2 + nH2O
• Через металлорганику:
RMgHal + H-X --(эфир)--> R-H + MgXHal (X = OH, SH, NH2 и т.д.)
R-Li + H-X --(эфир)--> R-H + LiX
R2CuLi + R'-Hal --(ТГФ, 0°С)--> R-R'
R2CuLi --(O2, -78°C)--> R-R
RMgHal --(Ag(I), или Tl(I), или Co(III), или Cu(II))--> R-R
• Гидроборирование алкенов:
R-CH=CH-R' --( 1) B2H6, Et2O; 2) CH3COOH, H+; )--> R-CH2-CH2-R'
• Через сиглетный карбен:
R-H + :CH2 --> R-CH3