Химические свойства алюминия

Использование алюминия в строительстве в первую очередь обусловлено его высокими антикоррозионными свойствами. При этом металл алюминий применяется не только в сооружениях, эксплуатируемых в условиях особо агрессивных сред, но и в самых обычных условиях, где конструкции испытывают на себе негативное влияние атмосферных осадков.

Алюминий сегодня очень распространен при покрытии крыш, используется в сайдингах для покрытия и декорирования стен, очень широко используется в виде профилей при изготовлений перегородок и оконных рам. Изделия из алюминия обладают рядом преимуществ: дешевле других видов покрытий, почти не нуждаются в профилактическом ремонте и имеют продолжительный срок службы.

Алюминий (лат. Aluminium'), химический символ Al, III группа Периодической системы элементов Д. И. Менделеева, атомный номер 13, атомная масса 26,98 — мягкий, легкий, серебристо-белый металл, быстро окисляющийся. Алюминий — типичный металл, кристаллическая решетка кубическая гранецентрированная, параметр, а = 0,404 нм. Температура плавления чистого металла 660 °C, температура кипения около 2450 °C.

Химически алюминий — это довольно активный металл. На воздухе его поверхность мгновенно покрывается плотной пленкой оксида А1₂0₃, которая препятствует дальнейшему доступу кислорода к металлу и приводит к прекращению реакции, что обусловливает высокие антикоррозионные свойства алюминия. Защитная поверхностная пленка на алюминии образуется также, если его поместить в концентрированную азотную кислоту.

Характерная степень окисления алюминия +3, но благодаря наличию незаполненных 3р- и ЗсТорбиталей (внешний электронный слой) атомы алюминия могут образовывать дополнительные донорно-акцепторные связи. Поэтому ион А1³⁺ с небольшим радиусом весьма склонен к комплексообразованию, образуя разнообразные катионные и анионные комплексы: AICI4, A1F|~, [А1(Н₂0)₆]³⁺, А1(ОН)ф А1(ОН)|~, АШ4 и многие другие. Известны комплексы и с органическими соединениями.

Химическая активность алюминия весьма высока — в ряду стандартных электродных потенциалов он стоит за магнием и бериллием. Алюминий, в отличие от железа, не ржавеет. Оказывается, на воздухе металл покрывается бесцветной тонкой, но прочной «броней» из оксида, которая защищает металл от окисления. Так, если внести в пламя горелки толстую алюминиевую проволоку или пластинку толщиной 0,5—1 мм, то металл плавится, но алюминий не течет, так как остается в мешочке из его оксида. Если лишить алюминий защитной пленки или сделать ее рыхлой (например, погружением в раствор ртутных солей), алюминий тут же проявит свою истинную сущность: уже при комнатной температуре начнет энергично реагировать с водой с выделением водорода:

На воздухе лишенный защитной пленки алюминий прямо на глазах превращается в рыхлый порошок оксида:

Особенно активен алюминий в мелкораздробленном состоянии: алюминиевая пыль при вдувании в пламя моментально сгорает. Если смешать на керамической пластинке алюминиевую пыль с пероксидом натрия и капнуть на смесь водой, алюминий также вспыхивает и сгорает белым пламенем.

Очень высокое сродство алюминия к кислороду (энтальпия образования Д/Н°(А1₂0₃) = -1676 кДж/моль) позволяет ему отнимать кислород от оксидов ряда других металлов, восстанавливая их (метод алюмотермии). Самый известный пример — термитная смесь, при горении которой выделяется так много тепла, что полученное железо расплавляется:

Эта реакция была открыта в 1859 г. Н. Н. Бекетовым. Таким способом можно восстановить многие металлы из их оксидов — Fe₂0₃, СоО, NiO, Мо0₃, V₂0₅, Sn0₂, CuO.

Восстановление металлов методом алюмотермии возможно только в случае, если энергия Гиббса ДС реакции будет отрицательной величиной (AG < 0) — реакция обеспечивается теплотой протекание процесса.

Поэтому из оксидов металлов Cr₂0₃, Nb₂0₅, Та₂0₅, Si0₂, ТЮ₂, Zr0₂, В₂0₃ восстанавливают металлы методом алюмотермии с использованием специальных добавок.

Алюминий легко растворяется в разбавленных минеральных кислотах с образованием солей.

Концентрированная азотная кислота, окисляя поверхность алюминия, способствует утолщению и упрочнению оксидной пленки (так называемая пассивация металла). Обработанный таким образом алюминий не реагирует даже с соляной кислотой. С помощью электрохимического анодного окисления (анодирования) на поверхности алюминия можно создать толстую пленку, которую нетрудно окрасить в разные цвета.

Вытеснение алюминием из растворов солей менее активных металлов часто затруднено защитной пленкой на поверхности алюминия. Эта пленка быстро разрушается в присутствии хлорид-ионов (активаторов коррозии):

В растворах щелочей алюминий легко растворяется с выделением водорода:

(образуются и другие анионные гидроксо-комплексы).

Амфотерный характер соединений алюминия проявляется также в легком растворении в щелочах его свежеосажденного оксида и гидроксида. Кристаллический оксид (корунд) весьма устойчив к действию кислот и щелочей. При сплавлении со щелочами образуются безводные алюминаты:

Алюминат магния Mg (A10₂)₂ — полудрагоценный камень шпинель, обычно окрашенный примесями в самые разнообразные цвета.