Home » Misc » С какими веществами взаимодействует алюминий

С какими веществами взаимодействует алюминий


Статьи. «ХИМПЭК» - производитель мягких контейнеров, поставщик химического сырья

Главная / О компании / Статьи

24.06.2020

Алюминий впервые был выделен электрохимическим методом в 1827 году французским химиком Сент-Клер Девилем. Этот элемент является самым распространенным металлом в природе. Его содержание в земной коре оценивается примерно в 7,5 %.

Среди главных природных соединений алюминия — алюмосиликаты (а также продукты их выветривания — глина, полевой шпат), бокситы, корунд, криолит. Металл получают именно из бокситов, которые состоят из гидратированного оксида алюминия. Поскольку отделение вещества от кислорода требует больших затрат энергии, для его реализации в промышленных масштабах применяют процесс Холла — Эру.

В периодической системе химических элементов алюминий расположен в главной подгруппе III группы, в третьем периоде по Менделееву.

Данный металл проявляет парамагнитные свойства. На воздухе он быстро образует стойкие оксидные пленки, которые защищают его от коррозии. При этом он хорошо поддается различным видам обработки, включая литье и формовку. Обладает высокой тепловой и электрической проводимостью. Эти свойства обуславливают широкое применение металла в различных отраслях народного хозяйства.

Химические свойства металла

Алюминий выступает в качестве сильного восстановителя, поэтому реагирует со многими неметаллическими веществами. Среди них — галогениды, сера, фосфор, азот, углерод, кислород.

В обычных условиях данный металл не реагирует с водой из-за стойкой оксидной пленки. Однако амальгамированный алюминий взаимодействует с водой крайне активно, образуя соответствующее гидроксидное соединение и водород.

Металл реагирует и с минеральными кислотами. Особенно бурно происходит взаимодействие с соляной кислотой. Из-за пассивации реакция алюминия с концентрированными кислотами (азотной, серной) в нормальных условиях невозможна.

Являясь амфотерным веществом, данный металл взаимодействует и со щелочами. Он также способен восстанавливать металлы из оксидов (процесс называется алюмотермией).

Основные соединения

Важное промышленное значение имеет оксид алюминия. Его получают горением металла на воздухе, разложением гидроксила при нагревании, в лабораторных условиях — разложением нитрата.

Данный оксид имеет свойства типичного амфотерного соединения. Он взаимодействует с основными оксидам, щелочами (проявляя кислотные свойства), оксидами сильных кислот, растворимыми кислотами. Он имеет слабые окислительные свойства, а также вытесняет более летучие оксиды из солей при сплавлении.

Еще одно важное соединение — гидроксид алюминия. Его получают действием раствора аммиака на соли металла или пропусканием углекислого газа через тетрагидроксоалюмината натрия. Соединение также образуется при недостатке щелочи в условиях избытка солей алюминия и при взаимодействии с карбонатами, сульфитами и сульфидами.

В промышленности находят применение сложные соли алюминия и алюминаты, а также бинарные соединения.


Реакции алюминия

Химические свойства алюминия

Химические свойства алюминия определяются его положением в периодической системе химических элементов.

Ниже представлены основные химические реакции алюминия с другими химическими элементами. Эти реакции определяют основные химические свойства алюминия.

С чем реагирует алюминий

Простые вещества:

  • галогены (фтор, хлор, бром и иодин)
  • сера
  • фосфор
  • азот
  • углерод
  • кислород (горение)

Сложные вещества:

  • вода
  • минеральные кислоты (соляная, фосфорная)
  • серная кислота
  • азотная кислота
  • щелочи
  • окислители
  • оксиды менее активных металлов (алюмотермия)

С чем не реагирует алюминий

Алюминий не реагирует:

  • с водородом
  • в обычных условиях – с концентрированной серной кислотой (из-за пассивации – образования плотной оксидной пленки)
  • в обычных условиях – с концентрированной азотной кислотой (также из-за пассивации)

См. подробнее по химии алюминия

Алюминий и воздух

Обычно поверхность алюминия всегда покрыта тонким слоем оксида алюминия, который защищает ее от воздействия воздуха, точнее, кислорода. Поэтому считается, что алюминий не вступает в реакцию с воздухом. Если же этот оксидный слой повреждается или удаляется, то свежая поверхность алюминия реагирует с кислородом воздуха. Алюминий может гореть в кислороде ослепительно белым пламенем с образованием оксида алюминия Al2O3.

Реакция алюминия с кислородом:

  • 4Al + 3O2 —> 2Al2O3

Алюминий и вода

Алюминий реагирует с водой по следующим реакциям [2]:

  • 2Al + 6H2O = 2Al(OH)3 + 3H2       (1)
  • 2Al + 4H2O = 2AlO(OH) + 3H2     (2)
  • 2Al + 3H2O = Al2O3 + 3H2            (3)

В результате этих реакций образуются, соответственно, следующие соединения алюминия:

  • модификация гидроксида алюминия байерит и водород (1)
  • модификация гидроксида алюминия богемит и водород (2)
  • оксид алюминия и водород (3)

Эти реакции, кстати, представляют большой интерес при разработке компактных установок для получения водорода для транспортных средств, которые работают на водороде [2].

Все эти реакции являются термодинамически возможными при температуре от комнатной до температуры плавления алюминия 660 ºС. Все они являются также экзотермическими, то есть происходят с выделением тепла [2]:

  • При температуре от комнатной до 280 ºС наиболее устойчивым продуктом реакции является Al(OH)3.
  • При температуре от 280 до 480 ºС наиболее устойчивым продуктом реакции является AlO(OH).
  • При температуре выше 480 ºС наиболее устойчивым продуктом реакции является Al 2O3.        

Таким образом, оксид алюминия Al2O3 становится термодинамически более устойчивым, чем  Al(OH)3 при повышенной температуре. Продуктом реакции алюминия с водой при комнатной температуре будет гидроксид алюминия Al(OH)3.

Реакция (1) показывает, что алюминий должен самопроизвольно реагировать с водой при комнатной температуре. Однако на практике кусок алюминия, опущенный в воду, не реагирует с водой в условиях комнатной температуры и даже в кипящей воде. Дело в том, что алюминий имеет на поверхности тонкий когерентный слой оксида алюминия Al2O3. Эта оксидная пленка прочно удерживается на поверхности алюминия и предотвращает его реакцию с водой. Поэтому, чтобы начать и поддерживать реакцию алюминия с водой при комнатной температуре необходимо постоянно удалять или разрушать этот оксидный слой [2].

Алюминий и галогены

Алюминий бурно реагирует со всем галогенами – это:

  • фтор F
  • хлор Cl
  • бром Br и
  • иодин (йод) I,

с образованием соответственно:

  • фторида AlF3 
  • хлорида AlCl3
  • бромида Al2Br6 и
  • иодида Al2Br6.

Реакции водорода со фтором, хлором, бромом и иодином:

  • 2Al + 3F2 → 2AlF3
  • 2Al + 3Cl2 → 2AlCl3
  • 2Al + 3Br2 → Al2Br6
  • 2Al + 3l2 → Al2I6 

Алюминий и кислоты

Алюминий активно вступает в реакцию с разбавленными кислотами: серной, соляной и азотной, с образованием соответствующих солей: сернокислого алюминия Al2SO4, хлорида алюминия AlCl3 и нитрата алюминия Al(NО3)3.

Реакции алюминия с разбавленными кислотами:

  • 2Al + 3H2SO4 —> Al2(SO4)3 + 3H2
  • 2Al + 6HCl —> 2AlCl3 + 3H2
  • 2Al + 6HNO3 —> 2Al(NO3)3 + 3H2

С концентрированными серной и соляной кислотами при комнатной температуре не взаимодействует, при нагревании реагирует с образованием соли, окислов и воды.

Алюминий и щелочи

Алюминий в водном растворе щелочи – гидроксида натрия – реагирует с образованием алюмината натрия.

Реакция алюминия с гидроксидом натрия имеет вид:

  • 2Al + 2NaOH + 10H2O  —> 2Na[Al(H2O)2(OH)4] + 3H2

Все важнейшие реакции с алюминием

Для полноты информации приводим перечень основных реакций с участием алюминия из фундаментальной книги про алюминий [3]:

Важнейшие реакции с участием алюминия [3]

Источники:

1.  Chemical Elements. The first 118 elements, ordered alphabetically / ed. Wikipedians – 2018

2. Reaction of Aluminum with Water to Produce Hydrogen /John Petrovic and George Thomas, U.S. Department of Energy, 2008

3. Тринадцатый элемент: Энциклопедия / А. Дроздов – Библиотека РУСАЛа, 2007.

Реакция алюминия с водородом и другими веществами

Похоже, вы зашли на наш сайт из Германия . Пожалуйста, перейдите на наш региональный сайт для получения более актуальных цен, сведений о продуктах и ​​специальных предложениях.

Выбрать другую страну

Химические свойства наиболее распространенных металлов

Алюминий — активный металл, стабилен на воздухе и быстро окисляется при нормальной температуре, образуя плотную оксидную пленку, защищающую металл от дальнейшего повреждения.

[Депозитные фотографии]

Взаимодействие алюминия с другими веществами

В обычных условиях вода не влияет на этот металл даже в кипящем состоянии. Если с поверхности алюминия снять защитную оксидную пленку, металл вступает в энергичное взаимодействие с водяным паром воздуха, превращаясь в рассыпчатую массу гидроксида алюминия с выделением водорода и тепла. Уравнение реакции:

2Al + 6H₂O = 2Al(OH)₃ + 3H₂

Гидроксид алюминия [Википедия]

Если с алюминия снять защитную оксидную пленку, металл вступает в бурное взаимодействие с кислородом. Алюминиевый порошок сгорает, образуя оксид. Уравнение реакции:

4Al + 3O₂ = 2Al₂O₃

Этот металл также активно взаимодействует со многими кислотами. В реакции с соляной кислотой наблюдается выделение водорода. Уравнение реакции:

2Al + 6HCl = 2AlCl3 + 3H₂

В обычных условиях концентрированная азотная кислота не взаимодействует с алюминием, так как азотная кислота, как сильный окислитель, делает оксидную пленку еще прочнее. По этой причине азотную кислоту хранят и транспортируют в алюминиевой таре.

Перевозка кислот [Депозитные фотографии]

Алюминий при обычной температуре пассивен к разбавленной азотной и концентрированной серной кислоте. В горячей серной кислоте металл растворяется, и уравнение реакции:

2Al + 4H₂SO4 = Al₂(SO4)₃ + S + 4H₂O

Взаимодействие алюминия с неметаллами

Реагирует с галогенами, серой, азот, углерод и все неметаллы. Для реакции требуется тепло, после чего происходит взаимодействие с выделением большого количества тепла.

Взаимодействие алюминия с водородом

Алюминий не реагирует напрямую с водородом, хотя существует твердое полимерное соединение алан, в котором существуют так называемые трехцентровые связи. При температуре свыше 100 градусов Цельсия алан необратимо распадается на простые вещества. Гидрид алюминия бурно реагирует с водой. Алюминий не реагирует с водородом напрямую — металл образует соединения, отдавая электроны, которые получают другие элементы. Атом водорода не получает электронов, которые отдают металлы для образования соединений — атомы водорода можно только «заставить» принять электроны с образованием твердых ионных соединений (гидридов) очень реакционноспособными металлами (калием, натрием, магнием, кальцием). Прямой синтез гидрида алюминия из водорода и алюминия требует огромного давления около 2 миллиардов атмосфер и температуры более 800 К. Здесь вы узнаете о химических свойствах других металлов.

Следует отметить, что водород является единственным газом, который значительно растворяется в алюминии и его сплавах. Растворимость водорода изменяется пропорционально величине температуры и квадратному корню из давления. Растворимость водорода в жидком алюминии значительно выше, чем в твердом алюминии; это свойство незначительно изменяется в зависимости от химического состава сплавов.

Алюминий и его водородная пористость

Алюминиевая пена [Викимедиа]

Образование в алюминии пузырей водорода напрямую зависит от скорости охлаждения и закалки, а также наличия очагов образования выделения водорода — оксидов, попавших внутрь сплава. Чтобы алюминий стал пористым, содержание растворенного водорода должно значительно превышать растворимость водорода в твердом алюминии. Если нет центров образования выделения водорода, требуется относительно высокая концентрация вещества.

Расположение водорода в закаленном алюминии зависит от уровня его содержания в жидком алюминии и условий, в которых происходило закаливание. Поскольку водородная пористость является результатом механизмов образования и роста, контролируемых диффузией, такие процессы, как уменьшение концентрации водорода и увеличение скорости твердения, подавляют образование и рост пор. По этой причине алюминий, отлитый методом разъемной формы, более подвержен дефектам, связанным с водородом, чем алюминий, отлитый под давлением.

Существуют различные источники поступления водорода в алюминий .

Плавильный материал — металлолом, слитки, литейные отходы, оксиды, песок и смазки, используемые при механической обработке. Эти загрязняющие вещества являются потенциальными источниками водорода, образующегося при химическом распаде водяного пара или восстановлении органических веществ.

Плавильные инструменты — скребки, пики и лопаты являются источником водорода. Оксиды и остатки флюсов на инструментах поглощают влагу из окружающего воздуха. Кирпичи для печей, распределительные каналы, ковши для отбора проб, желоба для извести и растворы цемента являются потенциальными источниками водорода.

Атмосфера печи — если плавильная печь работает на мазуте или природном газе, возможно неполное сгорание топлива с образованием свободного водорода.

Флюсы представляют собой гигроскопичные соли , способные мгновенно поглощать воду. По этой причине влажный флюс неизбежно добавляет водород в сплав, который образуется при химическом распаде воды.

Литейные формы — в процессе заполнения литейной формы жидкий алюминий течет турбулентно и захватывает воздух внутри себя. Если воздух не выйдет из формы до того, как алюминий начнет затвердевать, алюминий попадет в металл.

У нас есть для вас еще статьи по химии:

  • Всасывающее стекло Как заставить стекло прилипнуть к подносу
  • Магнитный пропеллер Запуск пропеллера от аккумулятора

Вы можете провести десятки химических опытов дома!

Волшебная жидкость

Узнать больше

Попробуй

реакция алюминия

Химические свойства алюминия

Химические свойства алюминия определяются его положением в периодической системе химических элементов.

Основная химическая реакция алюминия с другими химическими элементами. Эти реакции определяют основные химические свойства алюминия.

С чем реагирует алюминий

Простые вещества:

  • галогены (фтор, хлор, бром и йод)
  • сера
  • фосфор
  • азот
  • углерод
  • кислород (горение)

Комплексные вещества:

  • вода
  • кислоты минеральные (соляная, фосфорная)
  • серная кислота
  • Азотная кислота
  • щелочи
  • окислители
  • оксиды менее активных металлов (алюмотермия)

Что не ответил алюминий

Алюминий не реагирует:

  • с водородом
  • при нормальных условиях – с концентрированной серной кислотой (за счет пассивации – образование плотной оксидной пленки)
  • при нормальных условиях – с концентрированной азотной кислотой (также за счет пассивации)

См. подробнее по химии алюминия

Алюминий и воздух

Обычно поверхность алюминия всегда покрыта тонким слоем оксида алюминия, который защищает ее от воздействия воздуха, точнее, кислорода. Поэтому считается, что алюминий не реагирует с воздухом. Если этот оксидный слой поврежден или удален, свежая поверхность алюминия вступает в реакцию с кислородом воздуха. Алюминий может гореть в кислороде ослепительно белым пламенем с образованием оксида алюминия Al2O3.

Реакция алюминия с кислородом:

  • 4Al + 3O 2 —> 2Al 2 O 3

Алюминий и вода

Алюминий реагирует с водой по следующим реакциям [2]:

  • 2Al + 6H 2 O = 2Al(OH) 3 + 3H 2 (6)

  • 2Al + 4H 2 O = 2AlO(OH) + 3H 2 (2)
  • 2Al + 3H 2 O = Al 2 O 3 + 3H 2 (3)

В результате этих реакций образуются соответственно следующие соединения алюминия:

  • модификация алюминия гидроксид байерит и водород (1)
  • модификация богемита гидроксида алюминия и водорода (2)
  • оксид алюминия и водород (3)

эти реакции, кстати, представляют большой интерес при разработке компактных систем генерации водорода для транспортных средств, работающих на водороде [2].

Все эти реакции термодинамически возможны при температуре от комнатной до температуры плавления алюминия 660 oC. Все они также экзотермические, то есть протекают с выделением тепла [2]:

  • При температуре от комнатной до 280 ºС наиболее устойчивым продуктом реакции является Al(OH) 3 .
  • При температуре от 280 до 480 ºС наиболее устойчивым продуктом реакции является AlO(OH).
  • При температурах выше 480 ºC наиболее стабильным продуктом реакции является Al 2 О 3 .

Так, оксид алюминия Al 2 O 3 становится термодинамически более стабильным, чем Al(OH) 3 при повышенной температуре. Продуктом реакции алюминия с водой при комнатной температуре является гидроксид алюминия Al(OH) 3 .

Реакция (1) показывает, что алюминий должен самопроизвольно реагировать с водой при комнатной температуре. Однако на практике кусок алюминия, упавший в воду, не реагирует с водой при комнатной температуре и даже в кипящей воде. Дело в том, что алюминий на поверхности имеет тонкий сплошной слой оксида алюминия Al 9.0154 2 О 3 . Эта оксидная пленка прочно удерживается на поверхности алюминия и препятствует его реакции с водой. поэтому для начала и поддержания реакции алюминия с водой при комнатной температуре необходимо постоянно снимать или разрушать этот оксидный слой [2].

Алюминий и галогены

Алюминий бурно реагирует со всеми галогенами – это:

  • фтор F
  • хлор Cl
  • бром Br и
  • йод (йод) I,

с образованием соответственно:

  • фторида AlF 3
  • хлорид AlCl 3
  • Al бромид 2 Br 6 и
  • Иодид алюминия 2 Br 6.

Реакция с фтористым водородом, хлором, бромом и йодом:

  • 2Al + 3F 2 → 2AlF 3
  • 2Al + 3Cl 2 → 2AlCl 3
  • 2Al + 3Br 2 → Ал 2 Бр 6
  • 2Al + 3l 2 → Al 2 I 6

Алюминий и кислота

Алюминий активно реагирует с разбавленными кислотами: серной, соляной и азотной, с образованием соответствующих солей: алюминия сульфат Al 2 SO 4 , алюминия хлорид AlCl 3 и алюминия нитрат Al ( № 3 ) 3 .

Learn more