ПОСІБНИК З ХІМІЇ ДЛЯ ВСТУПНИКІВ ДО ВИЩИХ НАВЧАЛЬНИХ ЗАКЛАДІВ

Частина II. НЕОРГАНІЧНА ХІМІЯ

Розділ 13. МЕТАЛИ ГОЛОВНИХ ПІДГРУП

§ 13.12. Оксид та гідроксид алюмінію

Оксид алюмінію (глинозем) Аl₂О₃ — речовина білого кольору, досить тугоплавка, з дуже високою твердістю. Є вихідним продуктом для добування алюмінію. У природі трапляється у вигляді корунду та його різновидів. Якщо безбарвні кристали корунду забарвлені домішками в синій колір, вони називаються сапфірами, у фіолетовий — аметистами, у червоний — рубінами. Кристали рубінів з домішками оксиду хрому(ІІІ) використовують як активні середовища в лазерах.

У лабораторії оксид алюмінію добувають спалюванням алюмінію у кисні або прожарюванням гідроксиду алюмінію: 4Аl + 3O₂ = 2Аl₂О₃; 2Аl(ОН)₃ = Аl₂О₃ + ЗН₂О.

У промисловості, як уже зазначалося, його добувають з бокситів або нефелінів.

Оксид алюмінію не розчиняється у воді і з нею не реагує. Він амфотерний — взаємодіє з кислотами (правда, важко) і лугами:

а) з хлоридною кислотою:

Аl₂О₃ + 6НСl = 2АlСl_З + ЗН₂O;

б) при сплавлянні з твердим гідроксидом натрію:

Аl₂О₃ + 2NaOH = 2NaAlO₂+ Н₂О;

в) з розчином гідроксиду натрію:

Аl₂О₃ + 2NaOH + 7Н₂О = 2Na [Al(OH)₄ (Н₂О₂)]

або

Аl₂О₃ + 2OН^- + 7Н₂О ⇆ 2[Аl(OН₄(Н₂O)₂]^-

Розчинення амфотерних гідроксидів у лужних розчинах розглядають як процес утворення гідроксосолей (гідроксоком плексів). Експериментально доведено існування гідроксокомплексів

[Аl(OН)₄(Н₂O)₂]^-, [Аl(ОН)₆]^3-, [Аl(ОН)₅(Н₂O)]^2—;

з них перший — найстійкіший. Координаційне число алюмінію в цьому комплексі дорівнює 6, тобто алюміній є шестикоординованим:

Тому взаємодію гідроксиду алюмінію з розчином лугу слід зображати рівнянням (в).

Дисоціацію амфотерного гідроксиду алюмінію у водному розчині точніше можна виразити рівнянням:

Аl³⁺ + 3ОН^- ⇆ Аl(OН)₃ = Аl(OН)₃ + 3Н₂О ⇆ [Аl(OН)₄(Н₂O)₂] + H⁺.

Гідроксид алюмінію Аl(OН)3 — біла тверда речовина, у воді практично нерозчинна. Добувають його непрямим способом — із солей алюмінію дією на них розчинами лугів:

АlСl₃ + 3NaOH = Аl(OН)₃ ↓ + 3NaCl

або

Al³⁺ +3OН^- = Аl(OН)₃ ↓.

Аl(ОН)₃ — типовий амфотерний гідроксид. При взаємодії з кислотами утворює солі, що містять катіони алюмінію; при взаємодії з розчинами лугів (взятими у надлишку) утворює алюмінати, тобто солі, в яких алюміній входить до складу аніона. Наприклад:

Аl(ОН)₃ + ЗН⁺ = Аl³⁺ + ЗН₂О;

Аl(ОН)₃ + ОН^- + 2Н₂O = [Аl(OН)₄(Н₂O)₂]^-.

Як видно з рівняння дисоціації Аl(ОН)3, при надлишку іонів Н⁺ (тобто в кислому середовищі) у водному розчині переважають іони Аl , а у лужному середовищі утворюється переважно однозарядний аніон [Аl(OН)₄(Н₂O)₂] , він же і найстійкіший.