Свойства элементов подгруппы алюминия

Атомный номер Название Электронная конфигурация   r г/см3 t°пл. °C t°кип. °C ЭО ПИ эВ Атомный радиус, нм Степень окисления
Бор B [He] 2s22p1 2,35 2,0 8,3 0,095 +3
Алюминий Al [Ne] 3s23p1 2,70 1,47 6,0 0,143 +3
Галлий Ga [Ar] 3d10 4s24p1 5,91 1,6 6,0 0,122 +3
Индий In [Kr] 4d10 5s2 5p1 7,30 1.7 5,8 0,162 +1,+2,+3
Таллий Tl [Xe]4f145d106s26p1 11,85 1,8 6,1 0,167 +1,+3

Физические свойства

1. С увеличением атомной массы усиливается металлический характер элементов (В – неметалл; остальные – металлы).

2. Бор значительно отличается по свойствам от других элементов (высокие т.пл., т.кип., твердость; инертность). Остальные элементы – легкоплавкие металлы, In и Tl - очень мягкие.

Химические свойства

1. Все элементы трехвалентны, но с повышением атомной массы приобретает значение валентность, равная единице (Tl в основном одновалентен).

2. Основность гидроксидов R(OH)3 возрастает с увеличением атомной массы (H3BO3 - слабая кислота, Al(OH)3 и Ga(OH)3 - амфотерные основания, ln(OH)3 и Tl(OH)3 -типичные основания, TlOH - сильное основание).

3. Металлы подгруппы алюминия (Al, Ga, In, Tl) химически достаточно активны (реагируют с кислотами, щелочами (Al, Ga), галогенами).

4. Соли элементов подгруппы алюминия в большинстве случаев подвергаются гидролизу по катиону. Устойчивы лишь соли одновалентного таллия.

5. Al и Ga защищены тонкой оксидной пленкой; Tl разрушается при действии влажного воздуха, (хранят в керосине).

Алюминий

Al

Открыт Х.К.Эрстедом в 1825 г.

Четвертый по распространённости элемент в земной коре.

Физические свойства

Серебристо-белый металл, (r=2,7 г/см3), пластичный, высокая тепло- и электропроводность.
t°пл.= 660°C.

Нахождение в природе

Бокситы – Al2O3 • H2O (с примесями SiO2, Fe2O3, CaCO3),
нефелины – KNa3[AlSiO4]4,
алуниты - KAl(SO4)2 • 2Al(OH)3 и
глиноземы (смеси каолинов с песком SiO2, известняком CaCO3, магнезитом MgCO3).

Получение

Электролиз расплава Al2O3 (в присутствии криолита Na3[AlF6]):

2Al2O3 ® 4Al + 3O2­

Химические свойства

Al – покрыт тонкой и прочной оксидной пленкой (не реагирует с простыми веществами: с H2O (t°); O2, HNO3 (без нагревания)).

Al – активный металл-восстановитель.

Легко реагирует с простыми веществами:

1) С кислородом:

4Al0 + 3O2 ® 2Al+32O3

2) С галогенами:

2Al0 + 3Br20 ® 2Al+3Br3

3) С другими неметаллами (азотом, серой, углеродом) реагирует при нагревании:

2Al0 + 3S –t°® Al2+3S3(сульфид алюминия)

2Al0 + N2t°® 2Al+3N(нитрид алюминия)

4Al0 + 3С ® Al4+3С3(карбид алюминия)

Сульфид и карбид алюминия полностью гидролизуются:

Al2S3 + 6H2O ® 2Al(OH)3¯ + 3H2

Al4C3 + 12H2O ® 4Al(OH)3¯+ 3CH4­

Со сложными веществами:

4) С водой (после удаления защитной оксидной пленки):

2Al0 + 6H2O ® 2Al+3(OH)3 + 3H2­

5) Со щелочами:

2Al0 + 2NaOH + 6H2O ® 2Na[Al+3(OH)4](тетрагидроксоалюминат натрия) + 3H2­

6) Легко растворяется в соляной и разбавленной серной киcлотах:

2Al + 6HCl ® 2AlCl3 + 3H2­

2Al + 3H2SO4(разб) ® Al2(SO4)3 + 3H2­

При нагревании растворяется в кислотах - окислителях:

2Al + 6H2SO4(конц) ® Al2(SO4)3 + 3SO2­ + 6H2O

Al + 6HNO3(конц) ® Al(NO3)3 + 3NO2­ + 3H2O

7) Восстанавливает металлы из их оксидов (алюминотермия):

8Al0 + 3Fe3O4 ® 4Al2O3 + 9Fe

2Al + Cr2O3 ® Al2O3 + 2Cr

Применение

Основа легких и прочных сплавов. Раскислитель стали. Используется для получения ряда металлов алюминотермией.

Оксид алюминия

Al2O3

O=Al–O–Al=O

Глинозем, корунд, окрашенный – рубин (красный), сапфир (синий).

Твердое тугоплавкое (t°пл.=2050°С) вещество; существует в нескольких кристаллических модификациях (a – Al2O3, g – Al2O3).

Получение

4Al + 3O2 ® 2Al2O3

2Al(OH)3 ® Al2O3 + 3H2O

Амфотерный оксид с преобладанием основных свойств; с водой не реагирует.

1) Реагирует с кислотами и растворами щелочей:

Как основной оксид:

Al2O3 + 6HCl ® 2AlCl3 + 3H2O

Как кислотный оксид:

Al2O3 + 2NaOH + 3H2O ® 2Na[Al(OH)4]

2) Сплавляется со щелочами или карбонатами щелочных металлов:

Al2O3 + Na2CO3 ® 2NaAlO2(алюминат натрия) + CO2­

Al2O3 + 2NaOH ® 2NaAlO2 + H2

Гидроксид алюминия

Al(OH)3

Получение

1) Осаждением из растворов солей щелочами или гидроксидом аммония:

AlCl3 + 3NaOH ® Al(OH)3¯ + 3NaCl

Al2(SO4)3 + 6NH4OH ® 2Al(OH)3¯ + 3(NH4)2SO4

Al3+ + 3OH- ® Al(OH)3¯(белый студенистый)

2) Слабым подкислением растворов алюминатов:

Na[Al(OH)4] + CO2 ® Al(OH)3¯ + NaHCO3

Амфотерный гидроксид:

Как основание Al(OH)3 + 3HCl ® AlCl3 + 3H2O

Как кислота Al(OH)3 + NaOH ® Na[Al(OH)4](тетрагидроксоалюминат натрия)

ПЕРЕХОДНЫЕ МЕТАЛЛЫ

Переходные металлы - элементы побочных подгрупп периодической системы (d- и f- элементы).

Общие свойства

1. Все переходные элементы- металлы имеют низкую электроотрицательность.

2. Все элементы проявляют переменные степени окисления. Начиная с III группы низшая степень окисления имеет основной характер, высшая – кислотный, средние – амфотерный.

3. Все элементы образуют комплексные соединения.

ПОДГРУППА ЖЕЛЕЗА

Наши рекомендации