Aliuminis
Aliuminis – svarbiausias periodinės sistemos III grupės pagrindinio pogrupio metalų atstovas. .Jis yra sidabriškai baltas, lengvas metalas. Aliuminio analogai – galis, indis ir talis – turi aliuminio savybių. Gryno gamtoje nerandama, nes jis chemiškai labai aktyvus. Tai labiausiai Žemės plutoje paplitęs metalas, sudaro 8,05% jos masės. Aliuminis dažniausiai gaunamas iš boksito – aliuminio rūdos, susidedančios iš Al hidroksidų HA O , A O(OH), Al(OH) su kitų mineralų priedais, rečiau iš korundo ir kriolito Na AlF . Daug aliuminio yra molyje, įvairiuose mineraluose.
Nors aliuminio žaliavų atsargos Žemėje labai didelės, tačiau jį išskirti iš junginių sunku. Dėl to aliuminis gautas gana vėlai, tik 1827 metais.
XIX a. viduryje aliuminis buvo brangesnis už auksą. Pasakojama, kad Prancūzijoje imperatorienė turėjo papuošalų iš aliuminio, imperatorius Napaleonas III valgė iš aliuminio indų, o ne tokie garbingi asmenys turėjo tenkintis auksiniais.
1884 m., kai Vašingtono (Washington) monumento viršutinė dalis buvo uždengta aliumininiu stogeliu, aliuminis tebebuvo pusiau brangus metalas. Jį naudojo juvelyriniams ir dailės dirbiniams. Bet vos po dviejų metų situacija pasikeitė. 1866 m. Charles Martin Hall iš JAV ir Paul Heroult iš Prancūzijos vienas nuo kito nepriklausomai surado ekonomišką būdą gaminti aliuminį iš Al O elektrozės būdu. Daugelis aliuminio turinčių mineralų yra vertingi. Korundas kietumu prilygsta deimantui, todėl iš jo gaminami šlifavimo, galandinimo įrankiai. Skaidrios spalvotos korundo atmainos – rubinas ir safyras yra brangakmeniai. Kiti brangakmeniai – smaragdas, akvamarinas, aleksandritas – yra aliuminio ir berilio mineralai.
1 lentelė
Kai kurios IIIA grupės metalų savybės
Al
Atominis numeris 13
Atomo spindulys (metališkasis), pm 143
Jono spindulys, pm 50
Elektroneigiamumas 1,6
Pirmoji jonizacijos energija, kJ/mol 577,6
Elektrodo potensialas, Eo, V 1,676
Lydymosi temperatūra , °C 660,37
Virimo temperatūra, °C 2467
Tankis, g/cm (20 °C) 2,698
Kietumas 2,75
Laidumas elektrai 59,7
Santykinė atominė masė 26,98
Aliuminis naudojamas įvairiausių mažo tankio lydinių gamybai. JAV kasmet pagaminama apie 5 milijonus tonų aliuminio. Aliuminis, kaip ir kiti IIIA grupės metalai, yra aktyvus metalas. Aliuminis – vienas lengviausių metalų, plastiškas, lydus, gerai praleidžia elektrą ir šilumą. Kambario temperatūroje jungiasi su deguonimi:
4AL + 3O ® 2AL O +Q
Aliuminis – puikus redaktorius, nes labai lengvai oksiduojasi sudarydamas joną su krūviu +3. Kitokio oksidacijos laipsnio aliuminis paprastai nebūna, išskyrus vienalenčio talio junginius, turinčius I grupės elementų junginių savybių. Reguodamas su rūgštimi jis išstumia vandenilį:
2AL(k) + 2OH (aq) + 3H (d)
Įdomu, kad aliuminis, skirtingai nuo kitų metalų, reaguoja su bazėmis. Tai susiję su AL(OH) rūgštinėmis savybėmis, kurias nagrinėsime truputį vėliau:
2AL(k) + 2OH (aq) + 6H O ® 2 AL(OH) (aq) + 3H (d)
Kai kurių kanalizacijos valiklių veikimas pagrįstas šia reakcija. Tokį valiklį sudaro kieto natrio hidroksido ir aliuminio mišinys. Šis mišinys, pakliuvęs į vandenį, pradeda reaguoti. Išsiskirianti šiluma lydo riebalus, NAOH(aq) tirpalas tirpina juos. Besiskiriančios vandenilio dujos padeda išjudinti vamzdį užkimšusias nuosėdas.
Oksiduojant aliuminio miltelius oru ar kokiu kitu, oksidatoriumi išsiskiria labai didelis kiekis šilumos, todėl aliuminis naudojamas, gaminant sprogmenis bei raketinį kurą.
2AL(k) + O (d) ® AL O (k) = – 1676 kJ
Aliuminis yra toks stiprus reduktorius, kad sugeba atimti deguonį iš kitų metalų oksidų, sudarydamas aliuminio oksidą ir išstumdamas kitą metalą. Ši rekcija vadinama termitine reakcija. Dėl milžiniškio išsiskiriančios energijos kiekio terminė reakcija naudojama didelių metalinių objektų suvirinimui.
Fe O (k) + 2Al(k) ® AL O (k) + 2Fe (s)
tai pravartu žinoti….. Jeigu aliuminis tirpsta ir rūgščiuose ir šarminiuose tirpaluose, kodėl jis netirpsta vandenyje? Aliuminis labai greitai reaguoja su oro deguonimi sudarydamas savo paviršiuje plonytį vandenyje netirpų AL O sluoksnelį. Šis sluoksnis optiškai skaidrus ir išsaugo metalo gebėjimą atspindėti šviesą (blizgesį). Susidaręs oksido sluoksnis apsaugo metalą nuo tolimesnės oksidacijos. Al O sluoksnis tirpsta rūgstyse ir šarmuose. AL O (k) + 6H (aq) ® 2 AL (aq) + 3H O Al O (k) + 2OH + 3H O ® 2 Al(OH) (aq) Tik ištirpinę oksido sluoksnį galime pastebėti tikrąjį aliuminio aktyvumą. Aliuminis yra pakankamai aktyvus ir gali išstumti H (d) iš gryno vandens, kaip kad pavyzdžiui natris ar kalcis. Mes negalėtume naudoti aliuminio lėktuvų gamybai ar namų statybai, jeigu jo paviršiaus nesaugotų Al O sluoksnelis.
Aukštoje temperatūroje jis reaguoja su siera, anglimi bei azotu, sudarydamas sulfidą AL S , karbidą Al C ir nitridą ALN. Šie junginiai lengvai hidrolizuojasi, ir atitinkamai išsiskiria sieros vandenilis, metanas, amoniakas bei aliuminio hidroksidas.
Aliuminis lengvai tirpsta įvairių koncentracijų druskos rūgštyse:
2AL + 6HCL = 2ALCL +3H
Šalta koncentruota sieros ar azoto
rūgštis aliuminio neveikia. Kaitinama sieros rūgštis redukuojasi su sieros (IV) oksido, azoto rūgštis – iki žemesniųjų azoto oksido, o vandenilis neišsiskiria. Susidaro atitinkamai sulfatas AL (SO ) ir nitratas AL (NO ) .Praskiestoje ir truputį pašildytoje sieros rūgštyje aliuminis ištirpsta, ir išsiskiria vandenilis:
2AL + 3H SO = AL (SO ) + 3H
Iš praskiestos azoto rūgšties aliuminis išskiria azoto oksidą:
AL + 4HNO = AL (NO ) + 2H O
Aliuminis tirpsta šarmų ir šarminių metalų karbonatų tirpaluose, sudarydamas aliuminatus:
2NAOH + 2AL + 6H O = 2 Na AL(OH) +3H
Šiuos junginius galima nagrinėti kaip labai silpnų ort- ir metaaliuminio rūgščių
H ALO ir HALO darinius. Aliuminio hidroksidas amfoteriškas (graikiškai „amfoteros“ – ir tas, irkitas). Jis gali reaguoti su rūgštimis, ir su šarmais (išskyrus amonio hidroksido tirpalą). Amfoteriškumas – hidroksido savybė turėti silpnos bazės ir silpnos rūgšties bruožų, būdinga p ir d metalų hidroksidams, ypač aliuminio hidroksidui. Todėl aliuminio druskų tirpalai labai hidrolizuoti ir rodo rūgščią reakciją: