Алюміній

Звичайно забруднений домішками оксида заліза природний корунд в міру своєї надзвичайної твердості

застосовують для виготовлення шліфувальних кругів, брусків і т.п. В мілко роздробленому вигляді він під назвою наждака використовується для очистки металічних поверхонь та виробництва наждачного паперу. Для тих же потреб часто використовують Al2O3, отриманий сплавленням (технічна назва - алунд).

Прозорі та забарвлені кристали корунда - червоний рубін - домішка хрома - синій сапфір - домішка титана та заліза - дорагоціні каміння. Їх отримують також штучно та використовують також для технічних потреб, наприклад, для виготовлення деталей точних приладів, каменей в годинниках і т.п. Кристали рубінів, що мають незначну домішку Cr2O3, використовують в якості квантових генераторів - лазерів, що створюють напрямлений пучок монохроматичного випромінювання.

З огляду на нерозчинність Al2O3 у воді відповідаючий цому оксиду гідроксид Al(OH)3 може бути отриманим лише не прямим шляхом із солей. Отримання гідроксида можа представити у вигляді наступної схеми. При дії лугів іонами OH- поступово заміщають в аквокомплексах [Al(OH2)6]3+ молекули води:

[Al(OH2)6]3+ + OH- = [Al(OH)(OH2)5]2+ + H2O

[Al(OH)(OH2)5]2+ + OH- = [Al(OH)2(OH2)4]+ + H2O

[Al(OH)2(OH2)4]+ + OH- = [Al(OH)3(OH2)3]0 + H2O

Al(OH)3 являє собою желеподібний осад білого кольору, практично нерозчинний у воді, але легко розчинний в кислотах та сильних лугах.Відповідно він має амфотерні властивості. Проте основні та особливо кислотні його властивості виражені досить слабо. В надлишку NH4OH гидроксид алюмінія нерозчинний.

При взаємодії з сильними лугами утворюються відповідні алюмінати:

NaOH + Al(OH)3 = Na[Al(OH)4]

Алюмінати найбільш активних одновалентних металів у воді добре розчинні, але через сильний гідроліз їх розчини стійкі лише при надлишку лугів.

З кислотами Al(OH)3 утворює солі. Похідні більшості сильних кислот добре розчинні у воді, але досить гідролізовані, і тому їх розчини мають кислу реакцію.

У водному середовищі аніон Al3+ безпосередньо оточений шістьма молекулами води. Такий гидратованний іон дещо дисоційований по схемі:

[Al(OH2)6]3+ + H2O = [Al(OH)(OH2)5]2+ + OH3+

Константа його дисоціації рівна 1.10-5,тобто він являється слабою кислотою (близькою по силі до оцтової).

Алюмосилікати можа розглядати як силікати, в яких частина кремнієкисневих тетраєдрів SiO44- замінена на алюмокисневі тетраєдри AlO45-. З алюмосилікатів найбільш розповсюдженішими є польові шпати, на долю яких приходиться більш ніж половина маси земної кори. Головні їх представники - минерали

ортоклаз K2Al2Si6O16 або K2O.Al2O3.6SiO2

альбіт Na2Al2Si6O16 або Na2O.Al2O3.6SiO2

анортіт CaAl2Si2O8 або CaO.Al2O3.2SiO2

Дуже розповсюджені мінерали групи слюд, наприклад мусковіт Kal2(AlSi3O10)(OH)2.Найбільше практичне значення має мінерал нефелін (Na,K)2[Al2Si2O8], який використовується для отримання глинозема содовых продуктів та цементу. Це виробництво складається з наступних операцій: a) нефелін та вапняк спекают в трубчатих печах при 1200оС:

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

б) утворену масу витравлюють водою - утворюється розчин алюмінатів натрія і калія та шлам CaSiO3:

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

в) через розчин алюмінатів пропускають утворений при спіканні CO2:

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

г) нагріванням Al(OH)3 отримують глинозем:

2Al(OH)3 = Al2O3 + 3H2O

д) випаровуваням розчину виділяють соду и поташ, а раніше отриманий шлам йде на виробництво цемента.

При виробнойтві 1 т Al2O3 отримують 1 т співпродуктів та 7.5 т цемента.

Деякі алюмосилікати володіють крихкою структурою та здатні до іонного обміну. Такі силікати - природні та особливо штучні - застосовуються для пом’ягчення води.

Галогеніди алюмінія в звичайних умовах - безбарвні кристалічні речовини. В ряді галогенідів алюмінія AlF3 дуже відрізняється за властивостями від своїх аналогів. Він тугоплавкий, мало розчинний у воді, хімічно неактивний.

Основний шлях отримання AlF3 оснований на дії безводного HF на Al2O3 або Al:

Al2O3 + 6HF = 2AlF3 + 3H2O

Сполуки алюмінія з хлором, бромом та йодом легкоплавкі, досить реакційноздатні та добре розчинні не лише у воді, а й в багабтьох органічних розчинниках. Взаємодія галогенідів алюмінія з водою супровожджується значним виділенням теплоти.

Будучи помітно летючими вже при звичайних умовах, AlCl3, AlBr3 і AlI3 димлять на вологому повітрі (внаслідок гідроліза). Вони можуть бути отримані при взаємодії простих речовин.

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 105оС 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.