Dövri sistemdə mövqeyi və təbiətdə yayılması

Alüminium ( $\mathrm{Al}$ ) 3-cü dövr, III A qrupu elementidir. Sıra nömrəsi 13, elektron formulu $1s^22s^22p^63s^23p^1$ -dir. Birləşmələrdə həmişə +3 oksidləşmə dərəcəsi göstərir. Təbiətdə yalnız birləşmələr şəklində tapılır. Ən mühüm mineralları boksit ( $\mathrm{Al_2O_3 \cdot nH_2O}$ ), korund ( $\mathrm{Al_2O_3}$ ), kaolinit ( $\mathrm{Al_2O_3 \cdot 2SiO_2 \cdot 2H_2O}$ ) və kriolitdir ( $\mathrm{Na_3[AlF_6]}$ və ya $\mathrm{3NaF \cdot AlF_3}$ ). Təbiətdə yayılmasına görə elementlər arasında 3-cü (oksigen və silisiumdan sonra), metallar arasında isə 1-cidir.

Alınması və fiziki xassələri

Sənayedə alüminium boksitlərdən alınan təmiz alüminium-oksidin ( $\mathrm{Al_2O_3}$ ) ərintisinin elektrolizindən alınır. Ərimə temperaturunu ( $2050^\circ \mathrm{C}$ -dən $950^\circ \mathrm{C}$ -yə) aşağı salmaq üçün $\mathrm{Al_2O_3}$ -ü əridilmiş kriolitdə ( $\mathrm{Na_3AlF_6}$ ) həll edirlər. Elektroliz zamanı katodda alüminium ayrılır, anoddakı oksigen isə kömür anodu yandıraraq $\mathrm{CO}$ və $\mathrm{CO_2}$ əmələ gətirir: $\mathrm{2Al_2O_3 \xrightarrow{elektroliz} 4Al + 3O_2}$ .

Alüminium gümüşü-ağ rəngli, yüngül ( $\rho=2{,}7$ q/sm³), asan əriyən ( $660^\circ \mathrm{C}$ ), elektrik və istiliyi yaxşı keçirən metaldır. Çox plastikdir, asanlıqla məftilə çəkilir və nazik folqa halına salınır.

Kimyəvi xassələri

Alüminium aktiv metaldır, lakin adi şəraitdə səthi möhkəm oksid təbəqəsi ( $\mathrm{Al_2O_3}$ ) ilə örtüldüyündən hava və suyun təsirinə davamlıdır. Oksid təbəqəsini pozduqda (məsələn, civə ilə amalgama etdikdə) su ilə reaksiyaya girir: $\mathrm{2Al + 6H_2O \to 2Al(OH)_3 + 3H_2}$ .

Qızdırıldıqda qeyri-metallarla reaksiyaya daxil olur: oksigenlə (çoxlu istilik ayıraraq yanır), halogenlərlə (yodla suyun iştirakı ilə adi şəraitdə), kükürdlə, azotla və karbonla:

$\mathrm{2Al + 3S \xrightarrow{t} Al_2S_3}$
$\mathrm{2Al + N_2 \xrightarrow{t} 2AlN}$
$\mathrm{4Al + 3C \xrightarrow{t} Al_4C_3}$

Alüminium amfoter olduğundan həm turşu, həm də qələvi məhlulları ilə reaksiyaya girərək hidrogen ayırır. Xlorid və duru sulfat turşusunda asanlıqla həll olur, lakin qatı nitrat və qatı sulfat turşuları adi şəraitdə onu passivləşdirir:

$\mathrm{2Al + 6HCl \to 2AlCl_3 + 3H_2}$
$\mathrm{2Al + 2NaOH + 6H_2O \to 2Na[Al(OH)_4] + 3H_2}$

Metallurgiyada alüminotermiya üsulu geniş tətbiq olunur (metalların alüminiumla oksidlərindən bərpa olunması): $\mathrm{2Al + Fe_2O_3 \xrightarrow{t} 2Fe + Al_2O_3}$ .

Birləşmələri

Alüminium-oksid ( $\mathrm{Al_2O_3}$ ) – ağ rəngli, suda həll olmayan, çox bərk maddədir. Amfoter oksiddir, həm turşu, həm də qələvilərlə reaksiyaya girir.

Alüminium-hidroksid $\mathrm{Al(OH)_3}$ – suda həll olmayan, ağ həlməşikvarı çöküntüdür, tipik amfoter hidroksiddir. Qələvilərin sulu məhlulunda kompleks duzlar (məsələn, $\mathrm{Na[Al(OH)_4]}$ ) əmələ gətirərək həll olur.

$\mathrm{Al^{3+}}$ ionunu təyin etmək üçün ona qələvi məhlulu damcı-damcı əlavə edilir: əvvəlcə ağ həlməşikvarı çöküntü ( $\mathrm{Al(OH)_3}$ ) yaranır, qələvinin artığında isə o həll olur.

Yadda saxla

$\mathrm{Al}$ təbiətdə ən çox yayılan metaldır; birləşmələrdə oksidləşmə dərəcəsi həmişə +3-dür.
Sənayedə əridilmiş kriolitdə ( $\mathrm{Na_3AlF_6}$ ) $\mathrm{Al_2O_3}$ -ün elektrolizi ilə alınır.
Adi şəraitdə qatı nitrat və qatı sulfat turşuları ilə reaksiyaya girmir (passivləşir).
Amfoter olduğu üçün həm turşu, həm də qələvi məhlullarından hidrogen sıxışdırıb çıxarır.
Alüminotermiya — alüminium vasitəsilə metalların öz oksidlərindən bərpa olunması prosesidir.

Həll olunmuş misallar

Misal 1
Kütləsi 54 q olan alüminium tozunu tam həll etmək üçün tərkibində 20% natrium-hidroksid olan neçə qram məhlul lazımdır?
Həlli
1. Alüminiumun qələvi ilə sulu mühitdə reaksiyasının tənliyini yazırıq: $\mathrm{2Al + 2NaOH + 6H_2O \to 2Na[Al(OH)_4] + 3H_2}$ . Bu tənliyə əsasən, 2 mol $\mathrm{Al}$ ilə 2 mol $\mathrm{NaOH}$ reaksiyaya girir.
2. Alüminiumun maddə miqdarını tapırıq: $\nu(\mathrm{Al}) = \frac{54}{27} = 2$ mol.
3. Deməli, reaksiya üçün $\nu(\mathrm{NaOH}) = 2$ mol tələb olunur. Onun kütləsi: $m(\mathrm{NaOH}) = 2 \cdot 40 = 80$ q.
4. Məhlulun kütləsini hesablayırıq: $m(\text{məhlul}) = \frac{80}{0{,}2} = 400$ q.
Cavab: 400 q.
Misal 2
204 q alüminium-oksidin əridilmiş kriolitdə elektrolizindən katodda neçə qram alüminium ayrılar? (Çıxım 100%)
Həlli
1. Alüminium-oksidin elektrolizi tənliyini yazırıq: $\mathrm{2Al_2O_3 \xrightarrow{elektroliz} 4Al + 3O_2}$ .
2. Oksidin molyar kütləsini hesablayaq: $M(\mathrm{Al_2O_3}) = 27 \cdot 2 + 16 \cdot 3 = 102$ q/mol.
3. Oksidin maddə miqdarı: $\nu(\mathrm{Al_2O_3}) = \frac{204}{102} = 2$ mol.
4. Tənliyə görə 2 mol $\mathrm{Al_2O_3}$ -dən 4 mol $\mathrm{Al}$ alınır. Ayrılan alüminiumun maddə miqdarı $\nu(\mathrm{Al}) = 4$ mol olar.
5. Alüminiumun kütləsi: $m(\mathrm{Al}) = 4 \cdot 27 = 108$ q.
Cavab: 108 q.

Özünü yoxla

Əvvəl özün həll et, sonra cavaba bax.

1
Alüminium istehsalında kriolitin roluna nə aiddir?
1. Alüminium-oksidi yaxşı həll edir
2. Qarışığın ərimə temperaturunu yüksəldir
3. Elektrik keçiriciliyini artırır
4. Anod kimi istifadə olunur
1. 1, 3
2. 1, 2
3. 2, 4
4. 3, 4
5. 1, 4
Cavabı göstərCavabı gizlət
Düzgün cavab: A 1, 3
Kriolit ( $\mathrm{Na_3AlF_6}$ ) alüminium-oksidi həll edərək qarışığın ərimə temperaturunu $2050^\circ \mathrm{C}$ -dən $950^\circ \mathrm{C}$ -yə qədər aşağı salır və elektrolitin elektrik keçiriciliyini artırır.
27 q alüminium artıq miqdarda götürülmüş duru sulfat turşusu ilə tam reaksiyaya girdikdə (n.ş.) neçə litr hidrogen ayrılar?
1. 22,4
2. 33,6
3. 11,2
4. 44,8
5. 67,2
Cavabı göstərCavabı gizlət
Düzgün cavab: B 33,6
Reaksiya tənliyi: $\mathrm{2Al + 3H_2SO_4 \to Al_2(SO_4)_3 + 3H_2}$ . 2 mol (54 q) $\mathrm{Al}$ reaksiyaya girdikdə 3 mol (67,2 l) hidrogen ayrılır. Tənasüb qururuq: 54 q-dan 67,2 l alınırsa, 27 q (1 mol) alüminiumdan 33,6 litr $\mathrm{H_2}$ ayrılar.
Hansı halda alüminium passivləşir və reaksiya getmir?
1. Otaq temperaturunda qatı nitrat turşusunda
2. Qızdırıldıqda duru nitrat turşusunda
3. Otaq temperaturunda xlorid turşusunda
4. Qələvi məhlulunda
5. Qızdırıldıqda qatı sulfat turşusunda
Cavabı göstərCavabı gizlət
Düzgün cavab: A Otaq temperaturunda qatı nitrat turşusunda
Alüminium otaq temperaturunda (adi şəraitdə) qatı nitrat və qatı sulfat turşularının təsirindən passivləşir, yəni səthində möhkəm qoruyucu oksid təbəqəsi yaranır və daha reaksiyaya girmir. Qızdırıldıqda isə passivlik aradan qalxır və reaksiya gedir.

Tipik səhvlər

Alüminiumun qatı sulfat və qatı nitrat turşularında həll olduğunu düşünmək. Əslində, adi şəraitdə bu turşular alüminiumu passivləşdirir.
Alüminiumun su ilə normal şəraitdə aktiv reaksiyaya girdiyini düşünmək. Səthi oksid təbəqəsi ilə örtüldüyü üçün o, yalnız bu təbəqə təmizləndikdən sonra su ilə reaksiyaya girir.

Hələ də tam aydın deyil?

Mövzunu sənə səsli dərs kimi izah edir, lövhədə yazır və suallarla yoxlayır.

Bu mövzunu Canlı Müəllimlə öyrən Məsələni şəkillə həll et