Почему активный алюминий кажется устойчивым
Переключай состояния поверхности. Модель объясняет, как защитный слой влияет на наблюдаемую реакцию.
Схема объясняет процесс; размеры, расстояния и цвета частиц условны. Это учебная модель, а не инструкция проведения опыта.
Алюминий образует ион Al³⁺
У Al атомный номер 13 и распределение электронов 2, 8, 3. В типичных соединениях он имеет степень окисления +3. Отсюда формулы Al₂O₃, AlCl₃ и Al(OH)₃, которые проверяют по зарядам партнёров.
| Партнёр | Формула | Баланс |
|---|---|---|
| O²⁻ | Al₂O₃ | +6 − 6 = 0 |
| Cl⁻ | AlCl₃ | +3 − 3 = 0 |
| OH⁻ | Al(OH)₃ | +3 − 3 = 0 |
Алюминий — наиболее распространённый металлический элемент земной коры. В природе он находится в соединениях, включая алюмосиликаты и минералы алюминиевого сырья. Простое вещество получают восстановлением, а не простым отделением металлических частиц из глины.
У Al атомный номер 13 и распределение электронов 2, 8, 3. В типичных соединениях он имеет степень окисления +3.
Активный металл защищён поверхностью
На воздухе алюминий покрывается тонким плотным оксидным слоем. Он затрудняет доступ реагентов к металлу, поэтому обычный предмет не демонстрирует всю химическую активность Al. Это пример влияния поверхности на наблюдаемую скорость.
- Свежая поверхность Al
Взаимодействует с кислородом
- Оксидный слой
Ограничивает контакт со средой
- Повреждение или растворение слоя
Поверхность становится доступной
- Реакция металла
Активность проявляется заметнее
При разрушении или растворении защитной плёнки реакции могут резко усиливаться. В разбавленной HCl алюминий образует AlCl₃ и H₂, когда поверхность становится доступной. Пассивирование и собственная активность металла не противоречат друг другу. Алюминий также восстанавливает некоторые металлы из оксидов: Fe₂O₃ + 2Al → Al₂O₃ + 2Fe; процесс сопровождается большим выделением теплоты.
На воздухе алюминий покрывается тонким плотным оксидным слоем. Он затрудняет доступ реагентов к металлу, поэтому обычный предмет не демонстрирует всю химическую активность Al.
Образец алюминия
Оксидная плёнка на поверхности затрудняет дальнейшее взаимодействие активного металла со средой.
Автор не указан; Chemical Elements — A Virtual Museum / Jumk.de Webprojects · Wikimedia Commons · CC BY 3.0. Без изменений.
Не удалось загрузить изображение. Открыть источник
Периодическая система химических элементов
В периодической системе находят символы элементов и значения относительных атомных масс.
Cepheus · Wikimedia Commons · Public domain. Без изменений.
Не удалось загрузить изображение. Открыть источник
Амфотерность — двойственное поведение
Амфотерный гидроксид способен реагировать и с кислотой, и со щёлочью. Примеры — Al(OH)₃ и Zn(OH)₂. В первом взаимодействии он проявляет основные свойства, во втором — кислотные.
Один осадок растворяется по двум причинам
Al(OH)₃
Для сравнения берут отдельные порции осадка. Форму продукта уточняют: водный гидроксокомплекс и продукт сплавления — разные записи.
Это не смесь кислоты и основания и не способность реагировать с любым веществом. Речь идёт о свойствах одного соединения в разных условиях. Для сравнения берут отдельные порции осадка и разных реагентов.
Подробности: понятия и примеры
| Признак / объект | Что означает | Пояснение |
|---|---|---|
| С кислотой | Al(OH)₃ проявляет основные свойства | Образуются соль Al³⁺ и вода |
| С избытком щёлочи в воде | Проявляет кислотные свойства | Образуется Al(OH)₄⁻ |
| Общее | Алюминий остаётся +3 | Это не перенос электронов |
Амфотерность объединяет кислотные и основные свойства одного вещества. Проявление свойства зависит от партнёра реакции.
Избыток щёлочи тоже может растворить осадок
При добавлении щёлочи к раствору соли алюминия сначала возникает Al(OH)₃. В избытке щёлочи осадок растворяется с образованием гидроксокомплекса; для водного раствора используют запись Al(OH)₃ + NaOH → Na[Al(OH)₄].
- Мало NaOH
Из соли осаждается Al(OH)₃.
- Достаточно для осаждения
Наблюдается твёрдый гидроксид.
- Избыток NaOH
Образуется растворимый гидроксокомплекс.
Скобки в формуле обозначают сложный комплексный ион. На этом этапе важнее увидеть последовательность «раствор → осадок → раствор» и понять причину исчезновения осадка. Это новая реакция, а не доказательство, что осадка не было. В избытке водной щёлочи: Al(OH)₃ + OH⁻ → [Al(OH)₄]⁻. Для металлического Al: 2Al + 2NaOH + 6H₂O → 2Na[Al(OH)₄] + 3H₂↑ после нарушения защитной плёнки. Запись NaAlO₂ соответствует иной форме продукта, например условиям сплавления; её не следует без пояснения смешивать с гидроксокомплексом в воде. В 2,7 г Al содержится 0,10 моль, что может дать 0,15 моль H₂, или 3,36 л при нормальных условиях.
Избыток щёлочи растворяет некоторые амфотерные гидроксиды. Растворение связано с образованием нового соединения.
Шесть выводов
Тест по параграфу10 вопросов · 4 варианта · один правильный · 0,5 балла за ответ · максимум 5
Учебный источник и иллюстрации
Основа: предоставленный учебник «Химия, 11 класс», § 48. Материал переработан и дополнен разъяснениями; источник: 11 класс. Химия — § 48. Алюминий и его соединения.pdf. Указаны условия реакций, единицы величин и границы применимости моделей. Числовые примеры решены по шагам.
Иллюстрации загружаются непосредственно с Wikimedia Commons; авторы и лицензии указаны под изображениями. Схемы и обучающие модели созданы для этого конспекта.
OpenStax: Chemistry 2e