Амфотерность

Алюминий имеет электронную конфигурацию… 3s²3p¹, в соединениях проявляет степень окисления +3.

Алюминий представляет собой блестящий металл, он мягкий и легкоплавкий, лёгкий, обладает высокой тепло- и электропроводностью.

Алюминий самый распространённый металл на Земле. В свободном виде не встречается, а входит в состав глинозёмов Al₂O₃, бокситов Al₂O₃ ∙ xH₂O, криолита Na₃AlF₆ и других минералов. Кроме этого, он встречается в виде алюмосиликатов в составе глины, слюды и полевого шпата.

Рассмотрим химические свойства алюминия. Поверхность алюминия обычно покрыта прочной плёнкой оксида алюминия Al₂O₃. Эта плёнка предохраняет его взаимодействия с окружающей средой. Если алюминий очистить от оксидной плёнки, то он является химически активным.

Алюминий реагирует с кислородом, при этом образуется оксид алюминия. В реакции алюминия с хлором образуется хлорид алюминия, в реакции с серой – сульфид алюминия, в реакции с углеродом образуется карбид алюминия, в реакции алюминия с азотом образуется нитрид алюминия, в реакции алюминия с фосфором образуется фосфид алюминия; в реакции алюминия с водой образуется гидроксид алюминия и водород; в реакции алюминия с соляной кислотой образуется хлорид алюминия и водород; в реакции алюминия с раствором гидроксида натрия образуется тетрагидроксоалюминат натрия и водород; в реакции алюминия с оксидом кальция образуется метаалюминат кальция и кальций; в реакции алюминия с оксидом железа (III) образуется железо и оксид алюминия; в реакции алюминия с сульфатом меди (II) образуется сульфат алюминия и медь; в реакции алюминия с разбавленной азотной кислотой образуется нитрат алюминия, оксид азота (II) и вода.

С концентрированной азотной и серной кислотами алюминий при обычных условиях не реагирует.

Алюминий получают электрохимическим способом путём электролиза боксита, растворённого в расплавленном криолите на инертных электродах:

2Al₂O₃ = 4Al + 3O₂↑.

Оксид алюминия и гидроксид алюминия также являются амфотерными. Так, оксид алюминия реагирует и с кислотами, и щелочами. Так, в реакции оксида алюминия с серной кислотой образуется сульфат алюминия и вода; в реакции оксида алюминия с раствором гидроксида натрия образуется тетрагидроксоалюминат натрия, при нагревании оксида алюминия с твёрдым гидроксидом натрия образуется металюминат натрия и вода. Оксид алюминия также реагирует с кислотными и основными оксидами, а также с карбонатами. Так, в реакции оксида алюминия с оксидом калия при нагревании образуется метаалюминат калия; в реакции оксида алюминия с оксидом серы (VI) образуется сульфат алюминия; в реакции оксида алюминия с карбонатом натрия образуется метаалюминат натрия и оксид углерода (IV):

Al₂O₃ + 3H₂SO₄ = Al₂(SO₄)₃ + 3H₂O

Al₂O₃ + 2NaOH (р-р) + 3Н₂О = 2Na[Al(OH)₄]

Al₂O₃ + 2NaOH (тв.) = 2NaAlO₂ + H₂O

Al₂O₃ + K₂O = 2KAlO₂

Al₂O₃ + 3SO₃ = Al₂(SO₄)₃

Al₂O₃ + Na₂CO₃ = 2NaAlO₂ + CO₂↑.

Оксид алюминия – вещество белого цвета, его получают при сжигании порошка алюминия с кислородом, либо при разложении гидроксида алюминия или нитрата алюминия:

4Al + 3O₂ = 2Al₂O₃

2Al(OH)₃ = Al₂O₃ + 3H₂O

4Al(NO₃)₃ = 2Al₂O₃ + 12NO₂↑ + 3O₂↑.

Гидроксид алюминия – студенистое белое вещество, практически не растворимое в воде. Можно получить реакцией растворимой соли алюминия со щёлочью. Свежеосаждённый гидроксид алюминия также может быть получен обработкой солей алюминия раствором аммиака:

AlBr₃ + 3NH₃ + 3H₂O = Al(OH)₃↓ + 3NH₄Br.

Гидроксид алюминия можно получить, пропуская углекислый газ через тетрагидроксоалюминат натрия:

2Na[Al(OH)₄] + CO₂ = 2Al(OH)₃↓ + Na₂CO₃ + H₂O

Гидроксид алюминия – амфотерное соединение, поэтому реагирует с сильными кислотами, щелочами, основными оксидами и карбонатами. Так в реакции гидроксида алюминия с соляной кислотой образуется хлорид алюминия и вода; в реакции гидроксида алюминия с гидроксидом калия образуется тетрагидроксоалюминат калия, в реакции гидроксида алюминия с твёрдым гидроксидом калия при нагревании образуется метаалюминат калия и вода. Гидроксид алюминия реагирует с основными оксидами при нагревании. Так, в реакции гидрокида алюминия с оксидом бария при нагревании образуется метаалюминат бария и вода. Гидроксида алюминия реагирует с карбонатами. Например, в реакции с карбонатом кальция при нагревании образуется метаалюминат кальция, оксид углерода (IV) и вода:

Al(OH)₃ + 3HCl = AlCl₃ + H₂O

Al(OH)₃ + KOH = K[Al(OH)₄]

Al(OH)₃ + KOH (тв.) = KAlO₂ + 2H₂O

2Al(OH)₃ + BaO = Ba(AlO₂)₂ + 3H₂O

2Al(OH)₃ + CaCO₃ = Ca(AlO₂)₂ + CO₂↑ + 3H₂O.

Оксид и гидроксид железа (III) также проявляет амфотерные свойства. Оксид железа (III) в воде нерастворим, реагирует, как и все амфотерные оксиды, с основными оксидами, щелочами и карбонатами. Так, в реакции оксида железа (III) с оксидом калия при сплавлении образуется феррит калия. При сплавлении оксида железа (III) с твёрдым гидроксидом натрия образуются феррит натрия и вода; в реакции оксида железа (III) с карбонатом бария при сплавлении образуются феррит бария и оксид углерода (IV):

Fe₂O₃ + K₂O = 2KFeO₂

Fe₂O₃ + 2NaOH (тв.) = 2NaFeO₂ + H₂O

Fe₂O₃ + BaCO₃ = Ba(FeO₂)₂ + CO₂↑.

Гидроксид железа (III) – амфотерный гидроксид со слабыми кислотными и основными свойствами, имеет бурый или красно-коричневый цвет, в воде нерастворим, он растворяется в сильных кислотах и концентрированных щелочах. Так, в реакции гидроксида железа (III) c соляной кислотой образуются хлорид железа (III) и вода; в реакции гидроксида железа (III) с гидроксидом калия образуется гексагидроксоферрат (III) калия:

Fe(OH)₃ + 3HCl = FeCl₃ + 3H₂O

Fe(OH)₃ + 3KOH = K₃[Fe(OH)₆].

При сплавлении гидроксид железа (III) реагирует с карбонатами, твёрдыми щелочами, основными оксидами. Например, в реакции гидроксида железа (III) с карбонатом натрия при сплавлении образуются феррит натрия, оксид углерода (IV) и вода; в реакции гидроксида железа (III) с гидроксидом калия при сплавлении образуются феррит калия и вода; в реакции гидроксида железа (III) с основным оксидом – оксидом кальция образуются феррит кальция и вода:

2Fe(OH)₃ + Na₂CO₃ = 2NaFeO₂ + CO₂↑ + 3H₂O

Fe(OH)₃ + KOH (тв.) = KFeO₂ + 2H₂O

2Fe(OH)₃ + CaO = Ca(FeO₂)₂ + 3H₂O.

Оксид и гидроксид бериллия являются амфотерными. Они реагируют с кислотами и щелочами, а также карбонатами. Так, в реакции оксида бериллия с оксидом кальция при сплавлении образуется бериллат кальция, в реакции оксида бериллия с гидроксидом натрия образуется тетрагидроксобериллат натрия. В реакции гидроксида бериллия с карбонатом калия при сплавлении образуются бериллат калия, оксид углерода (IV) и вода. Гидроксид бериллия также растворяется в растворах щелочей. Например, в реакции гидроксида бериллия с гидроксидом калия образуется терагидроксобериллат калия, а при сплавлении гидроксида бериллия с твёрдым гидроксидом калия образуются бериллат калия и вода:

BeO + CaO = CaBeO₂

BeO + 2NaOH + H₂O = Na₂[Be(OH)₄]

Be(OH)₂ + K₂CO₃ = K₂BeO₂ + CO₂↑ + H₂O

Be(OH)₂ + 2KOH = K₂[Be(OH)₄]

Be(OH)₂ + 2KOH (тв.) = K₂BeO₂ + 2H₂O.

Среди амфотерных соединений следует выделить оксид и гидроксид цинка. Гидроксид цинка реагирует с кислотами, щелочами. Так, в реакции гидроксида цинка с азотной кислотой образуются нитрат цинка и вода; в реакции гидроксида цинка с раствором гидроксида натрия образуется тетрагидроксоцинкат натрия, а при сплавлении гидроксида цинка с твёрдым гидроксидом натрия образуются цинкат натрия и вода:

Zn(OH)₂ + 2HNO₃ = Zn(NO₃)₂ + 2H₂O

Zn(OH)₂ + 2NaOH (изб.) = Na₂[Zn(OH)₄]

Zn(OH)₂ + 2NaOH (тв.) = Na₂ZnO₂ + 2H₂O.

Гидроксид хрома (III) проявляет амфотерные свойства и представляет собой осадок серо-голубого цвета, также растворяется в кислотах и щелочах. Например, в реакции гидроксида хрома (III) с соляной кислотой образуются хлорид хрома (III) и вода, в реакции гидроксида хрома (III) с раствором гидроксида натрия образуется комплексная соль гексагидроксохромат натрия или тетрагидроксохромат натрия, а при сплавлении его с твёрдым гидроксидом натрия образуются хромит натрия и вода:

Cr(OH)₃ + 3HCl = CrCl₃ + 3H₂O

Cr(OH)₃ + 3NaOH = Na₃[Cr(OH)₆]

Cr(OH)₃ + NaOH = Na[Cr(OH)₄]

Cr(OH)₃ + NaOH (тв.) = NaCrO₂ + 2H₂O.

Осуществим превращения:

Al → Na[Al(OH)₄] → Al(OH)₃ → KAlO₂ → AlCl₃

1) 2Al + 2NaOH + 6H₂O = 2Na[Al(OH)₄] + 3H₂↑

2) Na[Al(OH)₄] + HCl = NaCl + Al(OH)₃↓ + H₂O

3) Al(OH)₃ + KOH (тв.) = KAlO₂ + 2H₂O

4) KAlO₂ + 4HCl = KCl + AlCl₃ + 2H₂O.