Најважније из лекције
Алуминијум (\(\text{Al}\)): Најраспрострањенији метал у Земљиној кори; добија се електролизом пречишћеног боксита (глинице, \(\text{Al}_2\text{O}_3\)).
Пасивизација: Ствара отпоран површински слој \(\text{Al}_2\text{O}_3\) који га штити од корозије.
Амфотерност: \(\text{Al}\), \(\text{Al}_2\text{O}_3\) и \(\text{Al}(\text{OH})_3\) реагују и са киселинама (дајући соли са \(\text{Al}^{3+}\)) и са јаким базама (градећи хидроксокомплексе \([\text{Al}(\text{OH})_4]^-\)).
Алуминотермија: Јако редукционо дејство \(\text{Al}\) на високој температури користи се за добијање метала из оксида и спајање шина (термит).
Једињења и примене: \(\text{Al}_2\text{O}_3\) служи као абразив и ватростални материјал; \(\text{Al}(\text{OH})_3\) се користи за бистрење воде и као антацид; стипса (\(\text{KAl}(\text{SO}_4)_2 \cdot 12\text{H}_2\text{O}\)) као хемостатик и мочило у бојарству; легура дуралуминијум у авио-индустрији и грађевинарству.
Пасивизација: Ствара отпоран површински слој \(\text{Al}_2\text{O}_3\) који га штити од корозије.
Амфотерност: \(\text{Al}\), \(\text{Al}_2\text{O}_3\) и \(\text{Al}(\text{OH})_3\) реагују и са киселинама (дајући соли са \(\text{Al}^{3+}\)) и са јаким базама (градећи хидроксокомплексе \([\text{Al}(\text{OH})_4]^-\)).
Алуминотермија: Јако редукционо дејство \(\text{Al}\) на високој температури користи се за добијање метала из оксида и спајање шина (термит).
Једињења и примене: \(\text{Al}_2\text{O}_3\) служи као абразив и ватростални материјал; \(\text{Al}(\text{OH})_3\) се користи за бистрење воде и као антацид; стипса (\(\text{KAl}(\text{SO}_4)_2 \cdot 12\text{H}_2\text{O}\)) као хемостатик и мочило у бојарству; легура дуралуминијум у авио-индустрији и грађевинарству.
Алуминијум (\(\text{Al}\)) је метал 13. (IIIa) групе и \(p\)-блока Периодног система елемената са атомским бројем 13.
Електронска конфигурација: \([\text{Ne}]\,3s^2\,3p^1\); у свим једињењима има оксидациони број \(+3\) и гради јон \(\text{Al}^{3+}\).
У воденим растворима јон алуминијума је хидратисан са шест молекула воде градећи комплексне аква-јоне: \([\text{Al}(\text{H}_2\text{O})_6]^{3+}\).
| Својство | Опис |
|---|---|
| Физичка својства | Сребрнастобели метал високог сјаја, мек, мале густине („лак метал”), изванредне топлотне и електричне проводљивости, веома растегљив и еластичан (лако се ваља у танке лимове и фолије или извлачи у жице). |
| Распрострањеност | Најраспрострањенији метал у Земљиној кори (трећи елемент по заступљености, после кисеоника и силицијума). У природи се налази искључиво у облику једињења. |
| Најважнији минерали и руде |
|
Пасивизација: На ваздуху се чист алуминијум тренутно превлачи танким, чврстим, стакластим слојем \(\text{Al}_2\text{O}_3\) дебљине \(2{,}5\text{--}3{,}0\text{ nm}\), који га штити од даље оксидације, корозије и реакције са водом.
Амфотерност алуминијума: Алуминијум је амфотеран метал – реагује и са киселинама и са јаким базама уз издвајање водоника (\(\text{H}_2\)).
Сагоревање на ваздуху (уз ослобађање велике количине топлоте, \(t \approx 3000\,^{\circ}\text{C}\)):
\[ 4\text{Al}(s) + 3\text{O}_2(g) \longrightarrow 2\text{Al}_2\text{O}_3(s) \]
Реакција са киселинама (након уклањања пасивног слоја):
\[ 2\text{Al}(s) + 6\text{HCl}(aq) \longrightarrow 2\text{AlCl}_3(aq) + 3\text{H}_2(g) \]
Реакција са јаким базама:
\[ 2\text{Al}(s) + 2\text{NaOH}(aq) + 6\text{H}_2\text{O}(l) \longrightarrow 2\text{Na}[\text{Al}(\text{OH})_4](aq) + 3\text{H}_2(g) \]
(Настаје комплекс натријум-тетрахидроксоалуминат(III))
Алуминотермија: Својство алуминијума да на високој температури делује као изразито јако редукционо средство и редукује друге метале из њихових оксида. Смеша алуминијума и \(\text{Fe}_2\text{O}_3\) назива се термит.
Термитна реакција ослобађа огромну топлоту, при чему настају течно гвожђе и алуминијум-оксид (користи се за заваривање шина):
\[ \text{Fe}_2\text{O}_3(s) + 2\text{Al}(s) \xrightarrow{t^{\circ}} \text{Al}_2\text{O}_3(l) + 2\text{Fe}(l) \]
Пречишћавање боксита: Из руде боксита уклањају се примесе и добија се чист алуминијум-оксид познат као глиница (\(\text{Al}_2\text{O}_3\)).
Електролиза: Врши се електролиза растопа глинице при чему се на катоди издваја метални алуминијум:
\[ \text{Al}_2\text{O}_3 \cdot n\text{H}_2\text{O} \xrightarrow{\text{пречишћавање}} \text{Al}_2\text{O}_3 \xrightarrow{\text{електролиза растопа}} \text{Al} \]
Често се примењује и рециклирање алуминијума због велике уштеде електричне енергије у односу на примарну електролизу.
| Облик | Својства и примена |
|---|---|
| Чист алуминијум | Израда кухињских фолија, конзерви, туба, амбалаже за лекове; електричних водова и каблова (добар проводник); огледала (рефлектује око 99% светлости). |
| Дуралуминијум (легура \(\text{Al}\) са \(\text{Cu}\), \(\text{Mg}\), \(\text{Mn}\)) |
Изузетно лака и механички отпорна легура; користи се за конструкције авиона, аутомобилских делова, возила, прозорских оквира, мостова и кровова. |
Алуминијум-оксид (\(\text{Al}_2\text{O}_3\))
Бела, у води нерастворна, изузетно тврда и ватростална супстанца високе температуре топљења. Показује изразита амфотерна својства.
Реакција са киселином:
\[ \text{Al}_2\text{O}_3(s) + 6\text{HCl}(aq) \longrightarrow 2\text{AlCl}_3(aq) + 3\text{H}_2\text{O}(l) \]
Реакција са базом:
\[ \text{Al}_2\text{O}_3(s) + 2\text{NaOH}(aq) + 3\text{H}_2\text{O}(l) \longrightarrow 2\text{Na}[\text{Al}(\text{OH})_4](aq) \]
Добија се жарењем хидроксида:
\[ 2\text{Al}(\text{OH})_3(s) \xrightarrow{t^{\circ}} \text{Al}_2\text{O}_3(s) + 3\text{H}_2\text{O}(l) \]
Примена \(\text{Al}_2\text{O}_3\): За израду ватросталних материјала, брусног (шмиргл) папира и синтетичког драгог камења.
Алуминијум-хидроксид (\(\text{Al}(\text{OH})_3\))
Бели желатинозни талог, слабо растворан у води. Амфотерног је карактера.
Таложење дејством базе на раствор соли:
\[ \text{AlCl}_3(aq) + 3\text{NaOH}(aq) \longrightarrow \text{Al}(\text{OH})_3(s)\downarrow + 3\text{NaCl}(aq) \]
Растварање у киселини:
\[ \text{Al}(\text{OH})_3(s) + 3\text{HCl}(aq) \longrightarrow \text{AlCl}_3(aq) + 3\text{H}_2\text{O}(l) \]
Растварање у вишку јаке базе:
\[ \text{Al}(\text{OH})_3(s) + \text{NaOH}(aq) \longrightarrow \text{Na}[\text{Al}(\text{OH})_4](aq) \]
Талог \(\text{Al}(\text{OH})_3\) се раствара у вишку јаких база (\(\text{NaOH}\), \(\text{KOH}\)), али се не раствара у слабим базама (нпр. водени раствор амонијака, \(\text{NH}_3\)).
Примена \(\text{Al}(\text{OH})_3\): Као желатинозан талог везује честице нечистоћа и користи се за бистрење (пречишћавање) воде; у медицини као антацид (неутралише вишак хлороводоничне киселине у желуцу јер није токсичан).
Двојне соли – Стипсе
Кристалохидрати општих формула двојних сулфата. Најважнија је алуминијумова стипса (калијум-алуминијум-сулфат додекахидрат):
\[ \text{KAl}(\text{SO}_4)_2 \cdot 12\text{H}_2\text{O} \quad \text{или} \quad \text{K}_2\text{SO}_4 \cdot \text{Al}_2(\text{SO}_4)_3 \cdot 24\text{H}_2\text{O} \]
Примена стипсе: У бојарству (као мочило за везивање боја за тканину) и медицини/козметици (као хемостатик – сужава крвне судове и зауставља крварење код мањих посекотина).
Задаци за вежбање
Задатак 1 (лак): Зашто се алуминијумско посуђе може користити за кување воде без опасности од брзог пропадања, иако је алуминијум врло реактиван метал?
Алуминијум у контакту са кисеоником из ваздуха тренутно формира веома танак, густ и компактан заштитни слој оксида (\(\text{Al}_2\text{O}_3\)) дебљине \(2{,}5\text{--}3\text{ nm}\). Тај слој спречава даљи контакт унутрашњег метала са кисеоником и водом (појава пасивизације).
Задатак 2 (средњи): Колика се количина гасовитог водоника (\(\text{H}_2\)) ослобађа у реакцији довољне количине алуминијума са \(200\text{ cm}^3\) раствора сумпорне киселине концентрације \(0{,}5\text{ mol/dm}^3\)?
1. Израчунавање количине \(\text{H}_2\text{SO}_4\):
\[ V = 200\text{ cm}^3 = 0{,}2\text{ dm}^3 \]
\[ n(\text{H}_2\text{SO}_4) = c \cdot V = 0{,}5\text{ mol/dm}^3 \cdot 0{,}2\text{ dm}^3 = 0{,}1\text{ mol} \]
2. Једначина хемијске реакције:
\[ 2\text{Al}(s) + 3\text{H}_2\text{SO}_4(aq) \longrightarrow \text{Al}_2(\text{SO}_4)_3(aq) + 3\text{H}_2(g) \]
3. Стехиометријски однос:
\[ \frac{n(\text{H}_2)}{n(\text{H}_2\text{SO}_4)} = \frac{3}{3} = 1 \implies n(\text{H}_2) = n(\text{H}_2\text{SO}_4) = 0{,}1\text{ mol} \]
Одговор: Ослобађа се \(0{,}1\text{ mol}\) водоника.
Задатак 3 (средњи): Написати молекулске једначине реакција за следећи низ хемијских трансформација:
\[ \text{Al}(\text{OH})_3 \xrightarrow{\;(1)\;} \text{Al}_2\text{O}_3 \xrightarrow{\;(2)\;} \text{AlCl}_3 \xrightarrow{\;(3)\;} \text{Al}(\text{OH})_3 \xrightarrow{\;(4)\;} \text{Na}[\text{Al}(\text{OH})_4] \]
- Жарење хидроксида: \[ 2\text{Al}(\text{OH})_3(s) \xrightarrow{t^{\circ}} \text{Al}_2\text{O}_3(s) + 3\text{H}_2\text{O}(l) \]
- Растварање оксида у хлороводоничној киселини: \[ \text{Al}_2\text{O}_3(s) + 6\text{HCl}(aq) \longrightarrow 2\text{AlCl}_3(aq) + 3\text{H}_2\text{O}(l) \]
- Таложење хидроксида додатком базе: \[ \text{AlCl}_3(aq) + 3\text{NaOH}(aq) \longrightarrow \text{Al}(\text{OH})_3(s)\downarrow + 3\text{NaCl}(aq) \]
- Растварање талога у вишку базе уз грађење комплекса: \[ \text{Al}(\text{OH})_3(s) + \text{NaOH}(aq) \longrightarrow \text{Na}[\text{Al}(\text{OH})_4](aq) \]
Задатак 4 (тежак): Прикажи шему оксидо-редукције и одреди збир стехиометријских коефицијената у једначини реакције алуминијума са воденим раствором натријум-хидроксида.
1. Промене оксидационих бројева:
\[ \text{Al}^0 \longrightarrow \text{Al}^{+3} + 3e^- \quad (\text{оксидација, редукционо средство}) \quad |\cdot 2 \]
\[ 2\text{H}^{+1} + 2e^- \longrightarrow \text{H}_2^0 \quad (\text{редукција, оксидационо средство}) \quad |\cdot 3 \]
2. Изједначена молекулска једначина:
\[ 2\text{Al}(s) + 2\text{NaOH}(aq) + 6\text{H}_2\text{O}(l) \longrightarrow 2\text{Na}[\text{Al}(\text{OH})_4](aq) + 3\text{H}_2(g) \]
3. Збир стехиометријских коефицијената:
\[ 2 + 2 + 6 + 2 + 3 = 15 \]
Одговор: Збир свих коефицијената у једначини износи 15.
