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.
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.
| Партнёр | Формула | Баланс |
|---|---|---|
| O²⁻ | Al₂O₃ | +6 − 6 = 0 |
| Cl⁻ | AlCl₃ | +3 − 3 = 0 |
| OH⁻ | Al(OH)₃ | +3 − 3 = 0 |
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.
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.
Свежая поверхность Al
Взаимодействует с кислородом
Оксидный слой
Ограничивает контакт со средой
Повреждение или растворение слоя
Поверхность становится доступной
Реакция металла
Активность проявляется заметнее
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
Алюминий восстанавливает другие металлы
Al способен отнимать кислород у некоторых оксидов металлов. В Fe₂O₃ + 2Al → Al₂O₃ + 2Fe алюминий окисляется от 0 до +3, а железо восстанавливается от +3 до 0. Процесс сопровождается значительным выделением теплоты.
Такой способ называют алюмотермией. Для объяснения важен баланс электронов: два атома Al отдают шесть электронов, два атома Fe принимают шесть. Модель показывает перенос кислорода и электронный учёт без практического воспроизведения высокотемпературного процесса.
Реакция
Fe₂O₃ + 2Al → Al₂O₃ + 2Fe
Отдача
2Al⁰ → 2Al³⁺ + 6e⁻
Приём
2Fe³⁺ + 6e⁻ → 2Fe⁰
Al способен отнимать кислород у некоторых оксидов металлов. В Fe₂O₃ + 2Al → Al₂O₃ + 2Fe алюминий окисляется от 0 до +3, а железо восстанавливается от +3 до 0.
Получение и применение зависят от свойств
Промышленно алюминий получают электролизом Al₂O₃, растворённого в расплаве на основе криолита. На катоде восстанавливается Al³⁺. При углеродных анодах кислородсодержащие частицы окисляют углерод, поэтому суммарный процесс нельзя считать просто выделением чистого O₂.
Небольшая плотность, проводимость и способность образовывать сплавы делают Al полезным конструкционным материалом. Свойства чистого алюминия и его сплавов различаются. Переплавка металла сохраняет его элементный состав и требует иного процесса, чем получение из оксида.
Получение
Электролиз оксида в расплаве
Свойства
Невысокая плотность и проводимость
Сплавы
Состав подбирают под прочность и назначение
Промышленно алюминий получают электролизом Al₂O₃, растворённого в расплаве на основе криолита. На катоде восстанавливается Al³⁺.
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, 9 класс», § 49. Материал переработан для объяснения; источник: 9 класс. Химия — § 49. Алюминий. Общая характеристика элемента.pdf. Научные уточнения учитывают различие молекулярного и немолекулярного строения и границы учебных моделей.
Иллюстрации загружаются непосредственно с Wikimedia Commons; авторы и лицензии указаны под изображениями. Схемы и обучающие модели созданы для этого конспекта.
Royal Society of Chemistry: данные о химических элементах