Teorija

III A grupas elementu vispārīgs raksturojums
III A grupas elementi - bors, alumīnijs, gallijs, indijs - veido vienkāršas vielas, kuru metāliskās īpašības pieaug virzienā B --> Tl. Bors ir nemetāls, alumīnija un gallija hidroksīdiem ir amfotēras īpašības, bet indijam un tallijam ir izteiktas metāliskas īpašības.
III A grupas elementiem stabilākā oksidēšanas pakāpe savienojumos ir +3. Izņēmums ir tallijs - šī elementa stabilākā oksidēšanas pakāpe ir +1.
III A grupas nozīmīgākais elements ir alumīnijs.
Al_per_tab.PNG
Alumīnijs
Alumīnijs dabā un tā iegūšana
Pēc ķīmisko elementu izplatības Zemes garozā alumīnijs ieņem trešo vietu (aiz skābekļa un silīcija). Alumīnijs ir izplatītākais metāliskais elements uz Zemes, taču dabā brīvā veidā tas nav sastopams. Alumīnijs ietilpst daudzu minerālu sastāvā. Pazīstamākie no tiem ir alumosilikāti - laukšpats jeb ortoklazsNa2OAl2O36SiO2, kaolinītsAl2O32SiO22H2O, nefelīnsNa2OAl2O32SiO2, vizlaK2O3Al2O36SiO22H2O, kā arī silīciju nesaturoši minerāli, piemēram, dažāda sastāva boksītiAl2O3nH2O, Al(OH)3, AlO(OH), kriolītsNa3[AlF6], korundsAl2O3.
 
Alumīniju iegūst, elektrolizējot alumīnija oksīda šķīdumu izkausētā kriolītā Na3[AlF6] 950°C temperatūrā. Kausējumā alumīnija oksīds Al2O3 jeb AlAlO3 disociē:
AlAlO3Al3++AlO33K()Al3++3eAl0A(+)4AlO3312e2Al2O3+3O2_____________________________________4AlAlO34Al+2Al2O3+3O2
 
Alumīnija īpašības
Alumīnijs ir viegls, plastisks metāls ar labu elektrovadītspēju un siltumvadītspēju. Tas ir viegli stiepjams un velmējams. No alumīnija var izveidot ļoti plānas loksnes - folijas.
Alumīnijs pieder pie ķīmiski aktīviem metāliem, taču atmosfērā tas maz izmainās, jo pārklājas ar blīvu oksīda aizsargkārtiņu, kura momentāni atjaunojas, ja to noberzē.. Ja šīs aizsargkārtiņas veidošanos novērš, tad alumīnijs strauji oksidējas un sairst arī parastos apstākļos.
Ja alumīnija pulveri vai foliju stipri sakarsē, tad tie gaisā uzliesmo un sadeg ar spožu liesmu, radot baltus dūmus - alumīnija oksīdu.
Parastajos apstākļos alumīnijs reaģē ar halogēniem, bet sakarsēts tas savienojas ar sēru, slāpekli, oglekli.
Please install Adobe Flash player to see the video.
2Al+3Br22AlBr3
Alumīnija izstrādājumi ar ūdeni nereaģē, taču amalgamēts alumīnijs, uz kura virsmas nav oksīda kārtiņas samērā enerģiski reaģē pat ar aukstu ūdeni:
2Al+6H2O2Al(OH)3+3H2
 
Alumīnijs reaģē ar atšķaidītu sālsskābi un sērskābi, izdalot ūdeņradi:
2Al+6HCl2AlCl3+3H2atšķ.2Al+3H2SO4Al2(SO4)3+3H2atšķ.
 
Alumīnijs reaģē ar sārmu šķīdumiem:
2Al+2NaOH+6H2O2Na[Al(OH)4]+3H2
 
Alumīnijs reaģē ar sāļu ūdensšķīdumiem, kuriem ir augsta hidrolīzes pakāpe:
2Al+2Na2CO3+8H2O2Na[Al(OH)4]+2NaHCO3+3H2
 
Alumīnija izmantošana
Alumīniju izmanto dažādās saimniecības nozarēs, taču visbiežāk to lieto elektrotehnikā elektrisko vadu un kabeļu izgatavošanai, metalurģijā - vieglu un izturīgu sakausējumu iegūšanai, kā arī metālu reducēšanai no to oksīdiem alumotermiskos procesos.
 
Alumīnija savienojumi
Alumīnija oksīds Al2O3 ir bezkrāsaina kristāliska vai balta pulverveida viela ar augstu kušanas temperatūru un lielu cietību (9,0 pēc Mosa skalas), jo alumīnija oksīda kristāliem ir blīva struktūra un stipras ķīmiskās saites.
Alumīnija oksīds Zemes garozā sastopams minerāla korunda veidā. Sārtie rubīna kristāli un zilganais safīrs ir korunda paveidi, kuriem krāsu piešķir citu metālu jonu piemaisījumi.
rubins.PNGkorunds.PNG
Alumīnija oksīds ir amfotērais oksīds, taču savas stabilās kristāliskās modifikācijas dēļ nereaģē ne ar ūdeni, ne ar skābēm. Ja alumīnija oksīdu sakausē ar sārmiem, veidojas metaalumināti:
Al2O3+2NaOHt02NaAlO2+H2O
 
Alumīnija hidroksīdu Al(OH)3 iegūst no alumīnija sāļu ūdens šķīdumiem vai no alumīnija hidroksoaluminātiem, tiem reaģējot ar oglekļa dioksīdu. Reakcijā rodas baltas recekļveida nogulsnes, kas var veidot koloidālu šķīdumu, jo izgulsnētais hidroksīds satur lielu daudzumu ķīmiski saistīta ūdens, tāpēc pareizāk to attēlot ar formulu Al(OH)3nH2O. Ja alumīnija hidroksīdu karsē, tas pārvēršas dehidratētās formās un alumīnija oksīdā. Alumīnija hidroksīdu un tā dehidratētās formas lieto par adsorbentiem tehnikā un medicīnā, piemēram, dzeramā ūdens attīrīšanai, kuņģa slimību ārstēšanai.
Alumīnija hidroksīds ir tipisks amfotērs savienojums.
 
Stipru skābju alumīnija sāļi ir baltas kristāliskas vielas, kuras labi šķīst ūdenī. Tur šie sāļi vienlaikus hidratējas un hidrolizējas, tāpēc alumīnija halogenīdu šķelšanas procesā izdalās liels siltuma daudzums un veidojas skābes migla, bet bezūdens alumīnija bromīds, ievietots ūdenī, eksplodē.
 
No alumīnija halogenīdiem visvairāk izmanto alumīnija hlorīdu AlCl3. To lieto par katalizatoru organiskajā sintēzē un naftas pārstrādes procesos, kā arī par kodni audumu krāsošanā.
 
Alumīnija sulfāts veido kristālhidrātu, kura formula ir Al2(SO4)318H2O. To lieto par saistvielu papīra rūpniecībā un par koagulantu dzeramā ūdens attīrīšanas procesā. Stiprā atšķaidījumā noris alumīnija sulfāta hidrolīze, veidojas recekļveida alumīnija hidroksīda nogulsnes, kas ūdenī saista cietu vielu daļiņas:
Al2(SO4)3+6H2O2Al(OH)3+3H2SO4
 
Kālija alumīnija sulfāta kristālhidrātu jeb kālija alumīnija alaunu KAl(SO4)212H2O izmanto tekstilrūpniecībā, papīra un fotomateriālu ražošanā, ādu miecēšanā, arī medicīnā nelielas asiņošanas pārtraukšanai.
 
Vājo skābju alumīnija sāļi ūdens klātbūtnē pilnīgi hidrolizējas:
Al2S3+6H2O2Al(OH)3+3H2S
 
Alumīnija katjonu Al3+ pazīšanai izmanto to spēju veidot amfotēru hidroksīdu, kas nešķīst koncentrētos amonija sāļu šķīdumos.
  
Atsauce:
Bergmanis U. Neorganiskā ķīmija vidusskolām, "Lielvārds",1996, 69 - 74.