Валентность алюминия
Общие сведения о валентности алюминия
Алюминий – серебристо-белый легкий металл. Он легко вытягивается в проволоку и прокатывается в тонкие листы. Кристаллизуется в гранецентрированной кубической решетке. Обладает высокой электрической проводимостью и теплопроводностью. Температуры плавления и кипения равны 660oС и -2500oС, соответственно.
При комнатной температуре алюминий не изменяется на воздухе, но лишь потому, что его поверхность покрыта тонкой пленкой оксида, обладающей очень сильным защитным действием.
Валентность алюминия в соединениях
Алюминий — тринадцатый по счету элемент Периодической таблицы Д.И. Менделеева. Он находится в третьем периоде в IIIA группе. В ядре атома алюминия содержится 13 протонов и 14 нейтронов (массовое число равно 27). В атоме алюминия есть три энергетических уровня, на которых находятся 13 электронов (рис. 1).
Рис. 1. Строения атома алюминия.
Электронная формула атома алюминия в основном состоянии имеет следующий вид:
1s22s22p63s23p1.
А энергетическая диаграмма (строится только для электронов внешнего энергетического уровня, которые по-другому называют валентными):
Так как на третьем энергетическом слое помимо 3s-подуровня есть еще и 3p-подуровень, две орбитали которого не заняты электронами, то пара электронов 3s-подуровня распаривается и один из них занимает вакантную орбиталь 3p-подуровня. Это означает, что для атома алюминия характерно наличие возбужденного состояния:
Наличие трех неспаренных электронов свидетельствует о том, что алюминий проявляет валентность III в своих соединения (AlIII2O3, AlIII(OH)3, AlIIICl3и др.). Валентность алюминия постоянная.
Примеры решения задач
| Задание | С какими из перечисленных ниже веществ реагирует алюминий: а) хлор; б) сера; в) серная кислота; г) гидроксид калия; д) хлорид калия? Составьте уравнения реакций. |
| Ответ | Алюминий взаимодействует с простыми веществами неметаллами хлором (обычные условия) и серой (при нагревании) с образованием хлорида и сульфида алюминия:
2Al + 3Cl2 = 2AlCl3; 4Al + 6S = 2Al2S3. Алюминий способен растворяться в щелочах с образованием комплексных солей — алюминатов: 2Al + 6KOH = 2K3AlO3 + 3H2↑. Алюминий растворяется в разбавленной серной кислоте с образованием сульфата алюминия: 2Al + 3H2SO4 = Al2(SO4)3 + 3H2↑. |
| Задание | Вычислите объем водорода (н.у.), который образуется при растворении алюминия массой 8,1 г в водном растворе щелочи (гидроксида натрия). |
| Решение | В ходе указанной реакции происходит образование комплексной соли – тетрагидроксоалюмината натрия:
2Al + 2NaOH + 6H2O = 2Na[Al(OH)4] + 3H2↑. Рассчитаем количество вещества алюминия, вступившего в реакцию (молярная масса равна 23 г/моль): n = m / M; n(Al) = m (Al) / M (Al); n(Al) =8,1 / 23 = 0,35 моль. Согласно уравнению реакции n (Al) :n (H2) = 2: 3. Значит, количество моль водорода будет равно: n (H2) = 3/2 × n (Al) = 3/2 × 0,35 = 0,525 моль. Тогда, объем выделившегося водорода будет равен: V = n × Vm; V (H2) = n (H2) × Vm; V (H2) = 0,525 × 22,4 = 11,76 л. |
| Ответ | Объем выделившегося водорода 11,76 л. |
