Оксид и гидроксид алюминия
Оксид алюминия
\(\ce{Al2O3}\) существует в нескольких модификациях. Корунд (\(\alpha\)) — плотная упаковка оксид-ионов, алюминий в октаэдрических пустотах; твёрдость 9 (после алмаза), т. пл. 2050 °C, не растворяется ни в кислотах, ни в щелочах (кроме расплавов). \(\gamma\)-оксид — рыхлый, пористый, с огромной поверхностью: адсорбент («активный оксид алюминия») и носитель катализаторов.
auto_awesomeРубин и сапфир
Корунд с примесью 0,5–2 % \(\ce{Cr^3+}\) — рубин (урок 94), с примесями железа и титана — синий сапфир. В 1902 году Огюст Вернейль научился выращивать синтетические рубины, расплавляя порошок в кислородно-водородном пламени. Из синтетического рубина Теодор Мейман в 1960 году сделал первый в мире лазер.
scienceОксид алюминия в реакциях
- \(\ce{Al2O3 + 6HCl -> 2AlCl3 + 3H2O}\) — только \(\gamma\)-форма и свежеосаждённый оксид; корунд инертен.
- \(\ce{Al2O3 + 2NaOH + 3H2O -> 2Na[Al(OH)4]}\) — в растворе (при нагревании, как в способе Байера).
- \(\ce{Al2O3 + 2NaOH ->[t] 2NaAlO2 + H2O}\) — в расплаве: метаалюминат.
- \(\ce{Al2O3 + Na2CO3 ->[t] 2NaAlO2 + CO2 ^}\).
- \(\ce{Al2O3 + 3K2S2O7 ->[t] Al2(SO4)3 + 3K2SO4}\) — вскрытие корунда пиросульфатом (урок 119).
boltРаствор или расплав
В растворе щёлочи — гидроксокомплекс \(\ce{[Al(OH)4]-}\) (вода есть); в расплаве — безводный метаалюминат \(\ce{NaAlO2}\) (воды нет). Писать «\(\ce{NaAlO2}\)» для раствора — упрощение; на олимпиаде лучше точнее.
Гидроксид алюминия: осадок, который растворяется
Гидроксид алюминия осаждают из растворов солей разными реагентами — и результат различен.
| Реагент | Результат |
|---|---|
| \(\ce{NH3*H2O}\) | \(\ce{Al(OH)3}\) выпадает и не растворяется в избытке |
| \(\ce{NaOH}\) | выпадает, в избытке растворяется: \(\ce{[Al(OH)4]-}\) |
| \(\ce{Na2CO3}\) | \(\ce{Al(OH)3}\) + \(\ce{CO2}\) (совместный гидролиз, урок 70) |
| \(\ce{CO2}\) в раствор алюмината | \(\ce{Al(OH)3}\) выпадает и не растворяется в избытке |
scienceОсаждение и растворение
- \(\ce{AlCl3 + 3NH3 + 3H2O -> Al(OH)3 v + 3NH4Cl}\).
- \(\ce{AlCl3 + 3NaOH -> Al(OH)3 v + 3NaCl}\); \(\ce{Al(OH)3 + NaOH -> Na[Al(OH)4]}\).
- \(\ce{Na[Al(OH)4] + CO2 -> Al(OH)3 v + NaHCO3}\).
- \(\ce{Na[Al(OH)4] + 4HCl -> NaCl + AlCl3 + 4H2O}\) — избыток сильной кислоты растворяет всё.
boltГрафики (урок 76)
\(\ce{Al^3+}\) + щёлочь: максимум при 3 эквивалентах, исчезновение при 4. \(\ce{[Al(OH)4]-}\) + кислота: максимум при 1 эквиваленте, исчезновение при 4.
Алюминаты и шпинели
В расплавах \(\ce{Al2O3}\) как кислотный оксид реагирует с основными оксидами, образуя алюминаты: \(\ce{CaO + Al2O3 -> Ca(AlO2)2}\) (алюминатный цемент), \(\ce{MgO + Al2O3 -> MgAl2O4}\) — шпинель.
Шпинели \(\ce{AB2O4}\) — обширный класс оксидов: плотная упаковка \(\ce{O^2-}\), катионы в тетраэдрических (A) и октаэдрических (B) пустотах. \(\ce{MgAl2O4}\) — драгоценная красная шпинель (её веками путали с рубином: знаменитый «рубин Чёрного принца» в британской короне — шпинель). \(\ce{Fe3O4}\), \(\ce{Co3O4}\), \(\ce{Mn3O4}\) — тоже шпинели.
scienceАлюминаты в реакциях
- \(\ce{MgO + Al2O3 ->[t] MgAl2O4}\).
- \(\ce{Ca(AlO2)2 + 4H2O -> Ca[Al(OH)4]2}\) — гидратация алюминатного цемента (быстрое твердение).
- \(\ce{NaAlO2 + 2H2O -> Na[Al(OH)4]}\) — метаалюминат в воде гидратируется.
- \(\ce{NaAlO2 + 4HCl -> NaCl + AlCl3 + 2H2O}\).
boltСостав шпинели
В \(\ce{AB2O4}\) сумма зарядов катионов = 8: \(\ce{Mg^2+Al^3+_2}\) (\(2 + 6\)), \(\ce{Fe^2+Fe^3+_2}\) (магнетит), \(\ce{Co^2+Co^3+_2}\). Узнав тип, легко найти степени окисления.
push_pinГлавное
\(\alpha\)-\(\ce{Al2O3}\) (корунд) — твёрдый, химически стойкий; с примесью \(\ce{Cr^3+}\) — рубин, с \(\ce{Fe}\) и \(\ce{Ti}\) — сапфир; \(\gamma\)-\(\ce{Al2O3}\) — пористый адсорбент и носитель катализаторов. Амфотерность: в растворе щёлочи — \(\ce{Na[Al(OH)4]}\), в расплаве — \(\ce{NaAlO2}\); с кислотами — соли \(\ce{Al^3+}\). \(\ce{Al(OH)3}\) осаждается аммиаком (не растворяется в избытке), щёлочью (растворяется в избытке: максимум осадка при 3 : 1, исчезновение при 4 : 1), углекислым газом из алюмината (не растворяется в избытке \(\ce{CO2}\)).
Закрепите теорию: 9 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.