Почему кусок алюминия не реагирует с водой

2.2.3. Характерные химические свойства алюминия.

Алюминий — амфотерный металл. Электронная конфигурация атома алюминия 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1 . Таким образом, на внешнем электронном слое у него находятся три валентных электрона: 2 — на 3s- и 1 — на 3p-подуровне. В связи с таким строением для него характерны реакции, в результате которых атом алюминия теряет три электрона с внешнего уровня и приобретает степень окисления +3. Алюминий является высокоактивным металлом и проявляет очень сильные восстановительные свойства.

Взаимодействие алюминия с простыми веществами

с кислородом

При контакте абсолютно чистого алюминия с воздухом атомы алюминия, находящиеся в поверхностном слое, мгновенно взаимодействуют с кислородом воздуха и образуют тончайшую, толщиной в несколько десятков атомарных слоев, прочную оксидную пленку состава Al₂O₃, которая защищает алюминий от дальнейшего окисления. Невозможно и окисление крупных образцов алюминия даже при очень высоких температурах. Тем не менее, мелкодисперсный порошок алюминия довольно легко сгорает в пламени горелки:

с галогенами

Алюминий очень энергично реагирует со всеми галогенами. Так, реакция между перемешанными порошками алюминия и йода протекает уже при комнатной температуре после добавления капли воды в качестве катализатора. Уравнение взаимодействия йода с алюминием:

С бромом, представляющим собой тёмно-бурую жидкость, алюминий также реагирует без нагревания. Образец алюминия достаточно просто внести в жидкий бром: тут же начинается бурная реакция с выделением большого количества тепла и света:

Реакция между алюминием и хлором протекает при внесении нагретой алюминиевой фольги или мелкодисперсного порошка алюминия в заполненную хлором колбу. Алюминий эффектно сгорает в хлоре в соответствии с уравнением:

с серой

При нагревании до 150-200 о С или после поджигания смеси порошкообразных алюминия и серы между ними начинается интенсивная экзотермическая реакция с выделением света:

— сульфид алюминия

с азотом

При взаимодействии алюминия с азотом при температуре около 800 o C образуется нитрид алюминия:

с углеродом

При температуре около 2000 o C алюминий взаимодействует с углеродом и образует карбид (метанид) алюминия, содержащий углерод в степени окисления -4, как в метане.

Взаимодействие алюминия со сложными веществами

с водой

Как уже было сказано выше, стойкая и прочная оксидная пленка из Al₂O₃ не дает алюминию окисляться на воздухе. Эта же защитная оксидная пленка делает алюминий инертным и по отношению к воде. При снятии защитной оксидной пленки с поверхности такими методами, как обработка водными растворами щелочи, хлорида аммония или солей ртути (амальгирование), алюминий начинает энергично реагировать с водой с образованием гидроксида алюминия и газообразного водорода:

с оксидами металлов

После поджигания смеси алюминия с оксидами менее активных металлов (правее алюминия в ряду активности) начинается крайне бурная сильно-экзотермическая реакция. Так, в случае взаимодействия алюминия с оксидом железа (III) развивается температура 2500-3000 о С. В результате этой реакции образуется высокочистое расплавленное железо:

Данный метод получения металлов из их оксидов путем восстановления алюминием называется алюмотермией или алюминотермией.

с кислотами-неокислителями

Взаимодействие алюминия с кислотами-неокислителями, т.е. практически всеми кислотами, кроме концентрированной серной и азотной кислот, приводит к образованию соли алюминия соответствующей кислоты и газообразного водорода:

2Аl 0 + 6Н + = 2Аl 3+ + 3H₂ 0 ;

с кислотами-окислителями

-концентрированной серной кислотой

Взаимодействие алюминия с концентрированной серной кислотой в обычных условиях, а также низких температурах не происходит вследствие эффекта, называемого пассивацией. При нагревании реакция возможна и приводит к образованию сульфата алюминия, воды и сероводорода, который образуется в результате восстановления серы, входящей в состав серной кислоты:

Такое глубокое восстановление серы со степени окисления +6 (в H₂SO₄) до степени окисления -2 (в H₂S) происходит благодаря очень высокой восстановительной способности алюминия.

— концентрированной азотной кислотой

Концентрированная азотная кислота в обычных условиях также пассивирует алюминий, что делает возможным ее хранение в алюминиевых емкостях. Так же, как и в случае с концентрированной серной, взаимодействие алюминия с концентрированной азотной кислотой становится возможным при сильном нагревании, при этом преимущественно параллельно протекают реакции:

— разбавленной азотной кислотой

Взаимодействие алюминия с разбавленной по сравнению с концентрированной азотной кислотой приводит к продуктам более глубокого восстановления азота. Вместо NO в зависимости от степени разбавления могут образовываться N₂O и NH₄NO₃:

со щелочами

Алюминий реагирует как с водными растворами щелочей:

так и с чистыми щелочами при сплавлении:

В обоих случаях реакция начинается с растворения защитной пленки оксида алюминия:

В случае водного раствора алюминий, очищенный от защитной оксидной пленки, начинает реагировать с водой по уравнению:

Образующийся гидроксид алюминия, будучи амфотерным, реагирует с водным раствором гидроксида натрия с образованием растворимого тетрагидроксоалюмината натрия:

Источник

Алюминий и его реакция с водой

Почему алюминий устойчив к коррозии

Впервые алюминий был получен лишь в начале XIX века. Cделал это физик Ганс Эрстед. Свой эксперимент он проводил с амальгамой калия, хлоридом алюминия и ртутью.

Кстати, название этого серебристого материала произошло от латинского слова «квасцы», потому что именно из них добывается этот элемент.

Квасцы – это природные минералы на основе металлов, которые объединяют в своем составе соли серной кислоты.

Раньше алюминий считался драгоценным металлом и стоил на порядок дороже, чем золото. Объяснялось это тем, что металл было довольно сложно отделить от примесей. Так что позволить себе украшения из алюминия могли только богатые и влиятельные люди.

Но в 1886 году Чарльз Холл придумал метод по добыче алюминия в промышленном масштабе, что резко удешевило этот металл и позволило применять его в металлургическом производстве. Промышленный метод заключался в электролизе расплава криолита, в котором растворен оксид алюминия.

Алюминий — очень востребованный металл, ведь именно из него изготавливаются многие вещи, которыми человек пользуется в быту.

Применение алюминия

Благодаря ковкости и легкости, а также защищенности от коррозии, алюминий является ценным металлом в современной промышленности. Из алюминия изготавливают не только кухонную посуду — он широко используется в авто- и авиастроительстве.

Также алюминий является одним из самых недорогих и экономичных материалов, так как его можно использовать бесконечно, переплавляя ненужные алюминиевые предметы, например, банки.

Металлический алюминий безопасен, но его соединения могут оказывать токсическое действие на человека и животных (особенно хлорид, ацетат и сульфат алюминия).

Физические свойства алюминия

Алюминий — достаточно легкий металл серебристого цвета, который может образовывать сплавы с большинством металлов, особенно с медью, магнием и кремнием. Также он весьма пластичен, его без труда можно превратить в тонкую пластинку или же фольгу. Температура плавления алюминия = 660 °C, а температура кипения — 2470 °C.

Химические свойства алюминия

При комнатной температуре металл покрывается прочной пленкой оксида алюминия Al₂O₃, которая защищает его от коррозии.

С окислителями алюминий практически не реагирует из-за защищающей его оксидной пленки. Однако ее можно легко разрушить, чтобы металл проявил активные восстановительные свойства. Разрушить оксидную пленку алюминия можно раствором или расплавом щелочей, кислотами или же с помощью хлорида ртути.

Благодаря восстановительным свойствам алюминий нашел применение в промышленности — для получения других металлов. Этот процесс называется алюмотермией. Такая особенность алюминия заключается во взаимодействии с оксидами других металлов.

Например, рассмотрим реакцию с оксидом хрома:

Cr₂O₃ + Al = Al₂O₃ + Cr.

Алюминий хорошо вступает в реакцию с простыми веществами. Например, с галогенами (за исключением фтора) алюминий может образовать иодид, хлорид, или бромид алюминия:

2Al + 3Cl₂ → 2Al­Cl₃

С другими неметаллами, такими как фтор, сера, азот, углерод и т.д. алюминий может реагировать только при нагревании.

Также серебристый металл вступает в реакцию и со сложными химическими веществами. Например, с щелочами он образует алюминаты, то есть комплексные соединения, которые активно используются в бумажной и текстильной промышленности. Причем в реакцию вступает как гидроксид алюминия

Al(ОН)₃ + NaOH = Na[Al(OH)₄]),

так и металлический алюминий или же оксид алюминия:

2Al + 2NaOH + 6Н₂О = 2Na[Al(OH)₄] + ЗН₂.

Al₂O₃ + 2NaOH + 3H₂O = 2Na[Al(OH)₄]

С агрессивными кислотами (например, с серной и соляной) алюминий реагирует довольно спокойно, без воспламенения.

Если опустить кусочек металла в соляную кислоту, то пойдет медленная реакция — сначала будет растворяться оксидная пленка — но затем она ускорится. Алюминий растворяется в соляной кислоте с выделением водорода. В результате реакции получается хлорид алюминия:

Al₂O₃ + 6HCl = 2Al­Cl₃ + 3H₂O

2Al + 6HCl → 2Al­Cl₃ + 3H₂.

Здесь вы найдете интересные опыты на изучение химических свойств металлов.

Реакция алюминия с водой

Если опустить алюминиевую стружку в обычную воду, ничего не произойдет, потому что алюминий защищен оксидной пленкой, которая не дает этому металлу вступить в реакцию.

Только сняв защитную пленку хлоридом ртути, можно получить результат. Для этого металл нужно вымачивать в растворе хлорида ртути на протяжении двух минут, а затем хорошо его промыть. В результате получится амальгама, сплав ртути и алюминия:

3Hg­CI₂ + 2Al = 2Al­CI₃ + 3Hg

Причем она не удерживается на поверхности металла. Теперь, опустив очищенный металл в воду, можно наблюдать медленную реакцию, которая сопровождается выделением водорода и образованием гидроксида алюминия:

Источник

Опыты по химии. Алюминий

Амфотерные свойства гидроксида алюминия

Получим гидроксид алюминия Al(OH)₃, чтобы исследовать его свойства. Для этого раствор хлорида алюминия соединяем с раствором аммиака. Выпадает осадок гидроксида алюминия.

Al 3+ + 3 NH₃ · H₂O = Al(OH)₃ ↓ + 3 NH₄ +

Убедимся в том, что гидроксид алюминия ‑ амфотерное основание. В одну из пробирок добавим раствор щелочи. Осадок гидроксида растворяется.

Al(OH)₃ + NaOH = Na[Al(OH)₄]

Во вторую пробирку добавляем раствор соляной кислоты. Осадок гидроксида алюминия растворяется, как и в предыдущей пробирке.

Al(OH)₃ +3HCl = AlCl₃ + 3H₂O

Гидроксиды, которые реагируют с растворами и кислот, и щелочей, называются амфотерными. Гидроксид алюминия – типичный амфотерный гидроксид»».

Оборудование: пробирки, штатив для пробирок, пипетка.

Техника безопасности.

Требуется соблюдение правил обращения со щелочами, кислотами и аммиаком. При попадании раствора щелочи на кожу, промыть водой и 2% раствором уксусной кислоты. При попадании раствора кислоты на кожу, промыть водой и 2% раствором питьевой соды.

Постановка опыта – Елена Махиненко, текст – к.п.н. Павел Беспалов.

Взаимодействие алюминия с водой

Алюминий — активный металл, но из-за прочной оксидной пленки на его поверхности не окисляется и не реагирует при обычных условиях с водой. Но если убрать с поверхности оксидную пленку, алюминий будет активно взаимодействовать с водой. Кусочки алюминия помещаем в раствор хлорида ртути (II) и выдерживаем 1-2 минуты.

3HgCI₂ + 2Al = 2AICI₃ + 3Hg

На поверхности алюминия образуется амальгама – сплав ртути с алюминием. Амальгама не удерживается на поверхности металла, обнажая его. Сливаем раствор соли ртути с амальгамированного алюминия и наливаем в стакан воду. Алюминий, лишившись защитной пленки, взаимодействует с водой, в процессе реакции образуются водород и гидроксид алюминия:

2Al + 6H₂O = 2Al(OH)₃ + 3H₂

Оборудование: стаканы химические, палочка стеклянная.

Техника безопасности. Соблюдать особую осторожность при работе с раствором хлорида ртути (II). Не допускать попадания раствора на кожу. Все остатки соединений ртути обезвредить.

Постановка опыта и текст – к.п.н. Павел Беспалов.

Взаимодействие алюминия с кислородом воздуха

Если нарушить оксидную пленку, то алюминий быстро окисляется, покрываясь рыхлым слоем оксида.

4Al + 3O₂ = 2Al₂O₃

Оксид ртути разрушает оксидную пленку на алюминии. Алюминиевую пластинку натрем порошком оксида ртути. Оксид ртути ядовитый порошок. Поэтому используем резиновые перчатки. Через некоторые время наблюдаем, как поверхность алюминия покрывается белым рыхлым налетом оксида.

Оборудование: алюминиевая пластинка, вата, перчатки резиновые.

Техника безопасности. Соблюдать правила работы с ядовитыми веществами. Работать только в резиновых перчатках.

Постановка опыта и текст – к.п.н. Павел Беспалов.

Взаимодействие алюминия со щелочью и водой

Алюминий ‑ активный металл, однако из-за прочной оксидной пленки его активность мало заметна. Алюминий не реагирует с водой, на поверхности металла – плотная пленка оксида. Пленку оксида можно удалить щелочью. Когда пленка растворяется, металл начинает бурно реагировать со щелочью, выделяется водород.

2Al + 2KOH + 6H₂O = 2 K[Al(OH)₄] + 3H₂↑

Проверим, будет ли действовать вода на освобожденный от оксидной пленки алюминий. Удалим щелочь и промоем поверхность металла. Свободный от оксидной пленки алюминий реагирует с водой. Выделяется водород и образуется нерастворимый гидроксид алюминия.

2Al + 6H₂O = 2 Al(OH)₃ ↓ + 3H₂↑

Мы увидели, что если нарушить плотную естественную оксидную пленку алюминия, он легко разрушается даже в воде. Поэтому алюминиевую посуду не рекомендуется чистить средствами, содержащими щелочь, так как при этом алюминиевые изделия быстро теряют привлекательность, а в посуде из алюминия быстро образуются дырки.

Оборудование: химические стаканы.

Техника безопасности. Требуется соблюдение правил обращения со щелочами и горючими газами. При попадании раствора щелочи на кожу, промыть водой и 2% раствором уксусной кислоты.

Постановка опыта – Елена Махиненко, текст – к.п.н. Павел Беспалов.

Горение алюминия на воздухе.

Алюминий — активный металл, но из-за очень прочной оксидной пленки на его поверхности не реагирует при обычных условиях с водой и не окисляется. Однако если алюминий перевести в раздробленное состояние — алюминиевую пыль, то он легко сгорает на воздухе. Поместим в пробирку немного алюминиевой пыли и закроем ее пробкой с двумя трубками, одна из которых доходит почти до дна, а другая заканчивается недалеко от пробки. По длинной трубке подадим в пробирку ток воздуха. Струю воздуха, выходящую из короткой трубки и содержащую частички алюминия, направим в пламя горелки. Попадая в пламя, алюминий сгорает яркими вспышками.

4Al + 3O₂ = 2Al₂O₃

Оборудование: штатив, пробирка с боковым отростком, газоотводная трубка, горелка, штапель.

Техника безопасности. Соблюдать правила пожарной безопасности и правила работы с нагревательными приборами. Не направлять пламя в сторону находящихся рядом людей.

Постановка опыта и текст – к.п.н. Павел Беспалов.

Демонстрация оксидной пленки алюминия

На поверхности алюминий покрыт тонкой и прочной пленкой оксида. Оксидная пленка предотвращает дальнейшее окисление алюминия. Для демонстрации оксидной пленки закрепим алюминиевую проволоку в лапке штатива. Нагреем алюминий. При температуре 660 °С алюминий плавится и кончик проволоки провисает. Но расплавленный металл не капает. «Мешочек» оксида удерживает расплавленный алюминий. Температура плавления оксида алюминия 2055 °С.

Оборудование: штатив, горелка, пинцет или тигельные щипцы.

Техника безопасности. Соблюдать правила работы с нагревательными приборами. Во избежание попадания расплавленного алюминия на поверхность стола, на рабочую поверхность помещают теплоизолирующую прокладку.

Постановка опыта и текст – к.п.н. Павел Беспалов.

Обнаружение ионов алюминия

Ионы алюминия можно обнаружить при помощи раствора аммиака. К раствору хлорида алюминия добавляем раствор аммиака. Выпадает полупрозрачный студенистый осадок гидроксида алюминия.

AlCl₃ + 3 NH₃ · H₂O = Al(OH)₃ ↓ + 3 NH₄Cl

Al 3+ + 3 NH₃ · H₂O = Al(OH)₃ ↓ + 3 NH₄ +

Реакция с аммиаком ‑ качественная реакция на ион алюминия.

Оборудование: пробирка, штатив для пробирок, пипетка.

Техника безопасности.

Требуется соблюдение правил обращения с раствором аммиака. Не вдыхать газообразный аммиак.

Постановка опыта – Елена Махиненко, текст – к.п.н. Павел Беспалов.

Источник