Хөнгөн цагааны шингэрүүлсэн азотын хүчилтэй урвал. Хөнгөн цагааны химийн урвал. Хөнгөн цагаан ба галоген

Хөнгөн цагаан бол амфотер металл юм. Цахим тохиргоохөнгөн цагаан атом 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1 . Тиймээс түүний гаднах электрон давхарга дээр гурван валентийн электрон байдаг: 3s дээр 2, 3p дэд түвшинд 1 байна. Энэ бүтцийн улмаас хөнгөн цагааны атом гурван электроноо алддаг урвалаар тодорхойлогддог гадаад түвшинба +3 исэлдэлтийн төлөвийг олж авдаг. Хөнгөн цагаан нь өндөр идэвхтэй металлмөн маш хүчтэй харуулж байна нөхөн сэргээх шинж чанар.

Хөнгөн цагааны энгийн бодисуудтай харилцан үйлчлэл

хүчилтөрөгчтэй

Үнэмлэхүй цэвэр хөнгөн цагаан агаартай шүргэлцэхэд гадаргуугийн давхаргад байрлах хөнгөн цагааны атомууд агаар дахь хүчилтөрөгчтэй шууд харилцан үйлчилж, хөнгөн цагааныг хамгаалдаг Al 2 O 3 найрлагатай нимгэн, хэдэн арван атомын давхаргын зузаан, удаан эдэлгээтэй ислийн хальс үүсгэдэг. цаашдын исэлдэлт. Их хэмжээний хөнгөн цагааны дээжийг маш хурдан исэлдүүлэх боломжгүй юм өндөр температур. Гэсэн хэдий ч нарийн хөнгөн цагаан нунтаг нь шатаагчны дөлөнд амархан шатдаг.

4Al + 3O 2 = 2Al 2 O 3

галогентэй

Хөнгөн цагаан нь бүх галогентэй маш хүчтэй урвалд ордог. Тиймээс холимог хөнгөн цагаан ба иодын нунтаг хоорондын урвал нь катализатор болгон дусал ус нэмсний дараа өрөөний температурт аль хэдийн явагддаг. Иод ба хөнгөн цагааны харилцан үйлчлэлийн тэгшитгэл:

2Al + 3I 2 =2AlI 3

Мөн хөнгөн цагаан нь хар хүрэн шингэн болох бромтой халаалтгүй урвалд ордог. Шингэн бромд хөнгөн цагааны дээжийг нэмэхэд л хангалттай: хүчтэй урвал шууд ялгарснаар эхэлдэг их хэмжээнийдулаан ба гэрэл:

2Al + 3Br 2 = 2AlBr 3

Хлороор дүүргэсэн колбонд халаасан хөнгөн цагаан тугалган цаас эсвэл нарийн хөнгөн цагаан нунтаг нэмэхэд хөнгөн цагаан ба хлорын хоорондох урвал явагдана. Хөнгөн цагаан нь хлорт дараах тэгшитгэлийн дагуу үр дүнтэй шатдаг.

2Al + 3Cl 2 = 2AlCl 3

хүхэртэй

150-200 oС хүртэл халаах эсвэл нунтаг хөнгөн цагаан, хүхрийн хольцыг асаасны дараа хүчтэй экзотермик урвалгэрэл суллах нь:

— сульфид хөнгөн цагаан

азотын хамт

Хөнгөн цагаан нь 800 ° C-ийн температурт азоттой урвалд ороход хөнгөн цагаан нитрид үүсдэг.

нүүрстөрөгчтэй

Ойролцоогоор 2000 ° C-ийн температурт хөнгөн цагаан нь нүүрстөрөгчтэй урвалд орж, метан шиг -4 исэлдэлтийн төлөвт нүүрстөрөгч агуулсан хөнгөн цагаан карбид (метанид) үүсгэдэг.

Хөнгөн цагааны нарийн төвөгтэй бодисуудтай харилцан үйлчлэл

усаар

Дээр дурьдсанчлан Al 2 O 3-ийн тогтвортой, удаан эдэлгээтэй оксидын хальс нь хөнгөн цагааныг агаарт исэлдүүлэхээс сэргийлдэг. Ижил хамгаалалтын ислийн хальс нь хөнгөн цагааныг усанд идэвхгүй болгодог. Шүлт, аммонийн хлорид эсвэл мөнгөн усны давсны усан уусмалаар цэвэрлэх (амальгиа) гэх мэт аргаар гадаргуугаас хамгаалалтын ислийн хальсыг арилгахад хөнгөн цагаан нь устай хүчтэй урвалд орж, хөнгөн цагааны гидроксид ба устөрөгчийн хий үүсгэдэг.

металлын ислүүдтэй

Хөнгөн цагааны хольцыг идэвхгүй металлын исэлд оруулсны дараа (үйл ажиллагааны цувралын хөнгөн цагааны баруун талд) маш хүчтэй, өндөр экзотермик урвал эхэлдэг. Тиймээс хөнгөн цагааны төмрийн (III) оксидтэй харилцан үйлчлэлцсэн тохиолдолд 2500-3000 ° C температур үүсдэг.

2AI + Fe 2 O 3 = 2Fe + Al 2 O 3

Энэ аргаХөнгөн цагаанаар ангижруулах замаар тэдгээрийн исэлээс металл авахыг гэнэ алюминотермиэсвэл алюминотерми.

исэлдүүлэхгүй хүчилтэй

Хөнгөн цагааны исэлдүүлэхгүй хүчилтэй харилцан үйлчлэл, i.e. Төвлөрсөн хүхрийн болон азотын хүчлээс бусад бараг бүх хүчил нь харгалзах хүчил ба устөрөгчийн хийн хөнгөн цагааны давс үүсэхэд хүргэдэг.

a) 2Al + 3H 2 SO 4 (шингэрүүлсэн) = Al 2 (SO 4) 3 + 3H 2

2Al 0 + 6H + = 2Al 3+ + 3H 2 0;

б) 2AI + 6HCl = 2AICl3 + 3H2

исэлдүүлэгч хүчлүүдтэй

- өтгөрүүлсэн хүхрийн хүчил

Хөнгөн цагааны хэвийн нөхцөлд төвлөрсөн хүхрийн хүчилтэй харилцан үйлчлэлцэх, түүнчлэн бага температуридэвхгүйжүүлэх нөлөөллийн улмаас үүсдэггүй. Халах үед урвал явагдах боломжтой бөгөөд хүхрийн хүчлийн нэг хэсэг болох хүхрийн бууралтын үр дүнд үүссэн хөнгөн цагаан сульфат, ус, устөрөгчийн сульфид үүсэхэд хүргэдэг.

Хүхрийн исэлдэлтийн төлөвөөс +6 (H 2 SO 4-д) -2 (H 2 S-д) исэлдэлтийн төлөв хүртэл ийм гүн гүнзгий бууралт нь хөнгөн цагааныг маш өндөр бууруулах чадвартай тул үүсдэг.

- төвлөрсөн азотын хүчил

Хэвийн нөхцөлд төвлөрсөн азотын хүчил нь хөнгөн цагааныг идэвхгүй болгодог бөгөөд энэ нь хөнгөн цагаан саванд хадгалах боломжийг олгодог. Баяжуулсан хүхрийн нэгэн адил хөнгөн цагааны баяжмалтай харилцан үйлчлэлцдэг азотын хүчилХүчтэй халаалтаар боломжтой болж, урвал голчлон тохиолддог:

- шингэрүүлсэн азотын хүчил

Төвлөрсөн азотын хүчилтэй харьцуулахад хөнгөн цагааны шингэрүүлсэн азотын хүчилтэй харилцан үйлчлэлцэх нь азотын гүн бууралтын бүтээгдэхүүнд хүргэдэг. NO-ийн оронд шингэрүүлэх зэргээс хамааран N 2 O ба NH 4 NO 3 үүсч болно.

8Al + 30HNO 3(дил.) = 8Al(NO 3) 3 +3N 2 O + 15H 2 O

8Al + 30HNO 3(цэвэр шингэрүүлсэн) = 8Al(NO 3) 3 + 3NH 4 NO 3 + 9H 2 O

шүлттэй

Хөнгөн цагаан нь шүлтийн усан уусмалтай хоёуланд нь урвалд ордог.

2Al + 2NaOH + 6H 2 O = 2Na + 3H 2

ба хайлуулах явцад цэвэр шүлттэй:

Аль ч тохиолдолд урвал нь хөнгөн цагаан оксидын хамгаалалтын хальсыг уусгаснаар эхэлдэг.

Al 2 O 3 + 2NaOH + 3H 2 O = 2Na

Al 2 O 3 + 2NaOH = 2NaAlO 2 + H 2 O

Усан уусмалын хувьд хамгаалалтын ислийн хальснаас цэвэрлэсэн хөнгөн цагаан нь дараах тэгшитгэлийн дагуу устай урвалд орж эхэлдэг.

2Al + 6H 2 O = 2Al(OH) 3 + 3H 2

Үүссэн хөнгөн цагаан гидроксид нь амфотер шинж чанартай тул натрийн гидроксидын усан уусмалтай урвалд орж уусдаг натрийн тетрагидроксоалюминатыг үүсгэдэг.

Al(OH) 3 + NaOH = Na

1) Цахиурыг хлорын орчинд шатаасан. Үүссэн хлоридыг усаар цэвэрлэв. Гарсан тунадас нь шохойжсон. Дараа нь кальцийн фосфат, нүүрсээр хайлуулсан. Тайлбарласан дөрвөн урвалын тэгшитгэлийг бич.

2) Кальцийн нитридыг усаар цэвэршүүлэх замаар олж авсан хийг халуун зэс (II) ислийн нунтагаар дамжуулав. Үүний үр дүнд хатуутөвлөрсөн азотын хүчилд уусгаж, уусмалыг ууршуулж, үүссэн хатуу үлдэгдлийг шохойжуулсан. Тайлбарласан дөрвөн урвалын тэгшитгэлийг бич.

3) Тодорхой хэмжээний төмрийн (II) сульфидыг хоёр хэсэгт хуваасан. Нэгийг нь давсны хүчлээр эмчилж, нөгөөг нь агаарт шатаажээ. Гарсан хийнүүд харилцан үйлчлэхэд энгийн бодис үүссэн шар. Үүссэн бодисыг төвлөрсөн азотын хүчлээр халааж, хүрэн хий ялгарсан. Тайлбарласан дөрвөн урвалын тэгшитгэлийг бич.

4) Хөнгөн цагааны исэл нь азотын хүчилтэй харилцан үйлчлэхэд давс үүсдэг. Давсыг хатааж, шохойжуулсан. Кальцинжуулах явцад үүссэн хатуу үлдэгдэл нь хайлсан криолит дахь электролизэд хамрагдсан. Электролизийн аргаар гаргаж авсан металлыг калийн нитрат, калийн гидроксид агуулсан өтгөрүүлсэн уусмалаар халааж, хурц үнэртэй хий ялгаруулжээ. Тайлбарласан дөрвөн урвалын тэгшитгэлийг бич.

5) Chromium(VI) исэл нь калийн гидроксидтэй урвалд орсон. Үүссэн бодисыг хүхрийн хүчилээр эмчилж, үүссэн уусмалаас давсыг тусгаарлав улбар шар өнгө. Энэ давсыг гидробромик хүчилээр эмчилсэн. Үүссэн энгийн бодис нь устөрөгчийн сульфидтэй урвалд орсон. Тайлбарласан дөрвөн урвалын тэгшитгэлийг бич.

6) Магнийн нунтагыг азотын уур амьсгалд халаасан. Үүссэн бодис нь устай харилцан үйлчлэхэд хий ялгарчээ. Хий нь дамжин өнгөрөв усан уусмалхромын (III) сульфат, улмаар саарал тунадас үүснэ. Тунадасыг салгаж, устөрөгчийн хэт исэл, калийн гидроксид агуулсан уусмалаар халааж боловсруулав. Тайлбарласан дөрвөн урвалын тэгшитгэлийг бич.

7) Аммиакийг гидробромын хүчлээр дамжуулсан. Үүссэн уусмалд мөнгөний нитратын уусмал нэмнэ. Үүссэн тунадасыг ялгаж, цайрын нунтагаар халаана. Урвалын явцад үүссэн металл хүхрийн хүчлийн төвлөрсөн уусмалд өртөж, хурц үнэртэй хий ялгаруулжээ. Тайлбарласан дөрвөн урвалын тэгшитгэлийг бич.

8) Калийн хлоратыг катализаторын оролцоотойгоор халааж, салгав өнгөгүй хий. Энэ хийн агаар мандалд төмрийг шатаах замаар төмрийн исэл үүссэн. Энэ нь илүүдэл давсны хүчилд ууссан. Үүссэн уусмалд натрийн бихромат ба давсны хүчил агуулсан уусмал нэмнэ. Тайлбарласан дөрвөн урвалын тэгшитгэлийг бич.

9) Натри нь устөрөгчийн агаар мандалд халсан. Үүссэн бодис руу ус нэмэхэд хийн ялгаралт, тунгалаг уусмал үүсэх нь ажиглагдсан. Хүрэн хий нь азотын хүчлийн төвлөрсөн уусмалтай зэсийн харилцан үйлчлэлийн үр дүнд олж авсан энэ уусмалаар дамжсан. Тайлбарласан дөрвөн урвалын тэгшитгэлийг бич.

10) Хөнгөн цагаан нь натрийн гидроксидын уусмалаар урвалд орсон. Гарсан хийг халсан зэс (II) оксидын нунтагаар дамжуулав. Үүссэн энгийн бодисыг төвлөрсөн хүхрийн хүчилд халааж уусгана. Үүссэн давсыг тусгаарлаж, калийн иодид уусмалд нэмнэ. Тайлбарласан дөрвөн урвалын тэгшитгэлийг бич.

11) Натрийн хлоридын уусмалын электролиз. Үүссэн уусмалд төмрийн (III) хлорид нэмсэн. Үүссэн тунадасыг шүүж, шохойжуулсан. Хатуу үлдэгдэл нь гидроиодын хүчилд ууссан. Тайлбарласан дөрвөн урвалын тэгшитгэлийг бич.

12) Натрийн гидроксидын уусмалд хөнгөн цагаан нунтаг нэмсэн. Үүссэн бодисын илүүдэл нь уусмалаар дамжсан нүүрстөрөгчийн давхар исэл. Үүссэн тунадасыг ялгаж, шохойжуулсан. Үүссэн бүтээгдэхүүнийг натрийн карбонаттай хольсон. Тайлбарласан дөрвөн урвалын тэгшитгэлийг бич.

Хөнгөн цагаан - хүрээлэн буй орчны нөлөөн дор металыг устгах.

Al 3+ +3e → Al урвалын хувьд хөнгөн цагааны электродын стандарт потенциал нь -1.66 В байна.

Хөнгөн цагааны хайлах цэг нь 660 ° C байна.

Хөнгөн цагааны нягт нь 2.6989 г / см 3 (хэвийн нөхцөлд).

Хөнгөн цагаан хэдийгээр идэвхтэй металл боловч зэврэлтээс хамгаалах шинж чанартай байдаг. Үүнийг олон түрэмгий орчинд идэвхгүй болгох чадвараар тайлбарлаж болно.

Хөнгөн цагааны зэврэлтэнд тэсвэртэй байдал нь олон хүчин зүйлээс хамаардаг: металлын цэвэр байдал, идэмхий орчин, хүрээлэн буй орчин дахь түрэмгий хольцын концентраци, температур гэх мэт. Уусмалын рН нь хүчтэй нөлөө үзүүлдэг. Хөнгөн цагаан исэл нь зөвхөн рН 3-аас 9-ийн хооронд металлын гадаргуу дээр үүсдэг!

Al-ийн зэврэлтэнд тэсвэртэй байдал нь түүний цэвэршилтээс ихээхэн хамаардаг. Химийн нэгж, тоног төхөөрөмжийг үйлдвэрлэхэд зөвхөн өндөр цэвэршилттэй метал (хорт хольцгүй), жишээлбэл, AB1 ба AB2 хөнгөн цагааныг ашигладаг.

Хөнгөн цагааны зэврэлт нь зөвхөн металлын гадаргуу дээр хамгаалалтын ислийн хальс үүссэн орчинд ажиглагддаггүй.

Халах үед хөнгөн цагаан нь зарим металл бус бодисуудтай урвалд орж болно:

2Al + N 2 → 2AlN – хөнгөн цагаан, азотын харилцан үйлчлэл, хөнгөн цагаан нитрид үүсэх;

4Al + 3C → Al 4 C 3 - хөнгөн цагаан карбид үүсгэхийн тулд нүүрстөрөгчтэй хөнгөн цагааны урвал;

2Al + 3S → Al 2 S 3 – хөнгөн цагаан ба хүхрийн харилцан үйлчлэл, хөнгөн цагаан сульфид үүсэх.

Агаар дахь хөнгөн цагааны зэврэлт (хөнгөн цагааны атмосферийн зэврэлт)

Хөнгөн цагаан нь агаартай харьцахдаа идэвхгүй болдог. Цэвэр металл агаарт хүрэхэд хөнгөн цагааны гадаргуу дээр хөнгөн цагаан оксидын нимгэн хамгаалалтын хальс шууд гарч ирдэг. Цаашлаад киноны өсөлт удааширдаг. Хөнгөн цагааны ислийн томъёо нь Al 2 O 3 эсвэл Al 2 O 3 H 2 O юм.

Хөнгөн цагааны хүчилтөрөгчтэй урвал:

4Al + 3O 2 → 2Al 2 O 3.

Энэхүү оксидын хальсны зузаан нь 5-аас 100 нм хооронд хэлбэлздэг (ашиглалтын нөхцлөөс хамаарч). Хөнгөн цагааны исэл нь гадаргуу дээр сайн наалддаг бөгөөд ислийн хальсны тасралтгүй байдлын нөхцлийг хангадаг. Агуулахад хадгалахад металл гадаргуу дээрх хөнгөн цагаан ислийн зузаан нь ойролцоогоор 0.01 - 0.02 микрон байна. Хуурай хүчилтөрөгчтэй харьцах үед - 0.02 - 0.04 микрон. Хөнгөн цагааныг дулаанаар боловсруулах үед оксидын хальсны зузаан нь 0.1 микрон хүрч болно.

Хөнгөн цагаан нь хөдөөгийн цэвэр агаар, үйлдвэрлэлийн орчинд (хүхрийн уур, хүхэрт устөрөгч, аммиакийн хий, хуурай устөрөгчийн хлорид гэх мэт) нэлээд тэсвэртэй байдаг. Учир нь хөнгөн цагаан зэврэлтэнд зориулагдсан хийн орчинхүхрийн нэгдлүүд ямар ч нөлөө үзүүлэхгүй - энэ нь исгэлэн түүхий тос боловсруулах үйлдвэр, резинэн вулканжуулах төхөөрөмж үйлдвэрлэхэд ашиглагддаг.

Усан дахь хөнгөн цагааны зэврэлт

Цэвэр, цэвэр, нэрмэл устай харьцах үед хөнгөн цагааны зэврэлт бараг ажиглагддаггүй. Температурыг 180 ° C хүртэл нэмэгдүүлэх нь онцгой нөлөө үзүүлэхгүй. Мөн халуун усны уур нь хөнгөн цагааны зэврэлтэнд ямар ч нөлөө үзүүлэхгүй. Хэрэв та өрөөний температурт ч гэсэн усанд бага зэрэг шүлт нэмбэл ийм орчинд хөнгөн цагааны зэврэлт бага зэрэг нэмэгдэх болно.

Цэвэр хөнгөн цагаан (оксидын хальсаар хучигдаагүй) устай харилцан үйлчлэлийг урвалын тэгшитгэлийг ашиглан тодорхойлж болно.

2Al + 6H 2 O = 2Al(OH) 3 + 3H 2.

Харьцаж байхдаа далайн усцэвэр хөнгөн цагаан зэвэрч эхэлдэг, учир нь... ууссан давсанд мэдрэмтгий. Далайн усанд хөнгөн цагаан хэрэглэхийн тулд түүний найрлагад бага хэмжээний магни, цахиур нэмнэ. Хөнгөн цагаан ба түүний хайлшийг өртөх үед зэврэлтэнд тэсвэртэй байдал далайн ус, хэрэв метал нь зэс агуулсан бол мэдэгдэхүйц буурдаг.

Хүчил дэх хөнгөн цагааны зэврэлт

Хөнгөн цагааны цэвэршилт нэмэгдэхийн хэрээр хүчилд тэсвэртэй байдал нэмэгддэг.

Хүхрийн хүчил дэх хөнгөн цагааны зэврэлт

Хөнгөн цагаан ба түүний хайлшийн хувьд маш аюултай хүхрийн хүчил(исэлдүүлэх шинж чанартай) дунд зэргийн концентрацитай. Шингэрүүлсэн хүхрийн хүчилтэй урвалыг тэгшитгэлээр тодорхойлно.

2Al + 3H 2 SO 4 (dil) → Al 2 (SO 4) 3 + 3H 2.

Төвлөрсөн хүйтэн хүхрийн хүчил нь ямар ч нөлөө үзүүлэхгүй. Мөн халах үед хөнгөн цагаан зэвэрдэг:

2Al + 6H 2 SO 4 (conc) → Al 2 (SO 4) 3 + 3SO 2 + 6H 2 O.

Энэ нь үүсгэдэг уусдаг давс- хөнгөн цагаан сульфат.

Al нь 200 ° C хүртэл температурт oleum (утаатай хүхрийн хүчил) -д тогтвортой байдаг. Үүний улмаас хлоросульфоны хүчил (HSO 3 Cl) болон олеум үйлдвэрлэхэд ашигладаг.

Давсны хүчил дэх хөнгөн цагааны зэврэлт

IN давсны хүчилхөнгөн цагаан эсвэл түүний хайлш хурдан уусдаг (ялангуяа температур нэмэгдэхэд). Зэврэлтийн тэгшитгэл:

2Al + 6HCl → 2AlCl 3 + 3H 2.

Гидробромик (HBr) ба гидрофторын (HF) хүчлүүдийн уусмал ижил төстэй үйл ажиллагаа явуулдаг.

Азотын хүчил дэх хөнгөн цагааны зэврэлт

Азотын хүчлийн төвлөрсөн уусмал нь өндөр исэлдүүлэх шинж чанартай байдаг. Хэвийн температурт азотын хүчил дэх хөнгөн цагаан нь маш тэсвэртэй (эсэргүүцэл нь 12Х18Н9 зэвэрдэггүй гангаас өндөр байдаг). Тэр ч байтугай шууд нийлэгжилтээр төвлөрсөн азотын хүчил үйлдвэрлэхэд ашигладаг.

Халах үед азотын хүчил дэх хөнгөн цагааны зэврэлт дараах урвалын дагуу явагдана.

Al + 6HNO 3 (conc) → Al(NO 3) 3 + 3NO 2 + 3H 2 O.

Цууны хүчил дэх хөнгөн цагааны зэврэлт

Хөнгөн цагаан нь ямар ч концентрацийн цууны хүчилд нэлээд тэсвэртэй боловч температур нь 65 ° C-аас хэтрэхгүй тохиолдолд л хангалттай. Энэ нь формальдегид ба цууны хүчил үйлдвэрлэхэд ашиглагддаг. Илүү өндөр температурт хөнгөн цагаан уусдаг (хүчиллэг 98 - 99.8% -ийг эс тооцвол).

Хөнгөн цагаан нь тасалгааны температурт хром (10% хүртэл), фосфорын (1% хүртэл) хүчлүүдийн бромик ба сул уусмалд тогтвортой байдаг.

Нимбэгийн, бутирик, алим, дарс, пропионы хүчил, дарс, жимсний шүүс нь хөнгөн цагаан болон түүний хайлшуудад сул нөлөө үзүүлдэг.

Оксалик, формамик, хлорорганик хүчил нь металыг устгадаг.

Хөнгөн цагааны зэврэлтэнд тэсвэртэй байдалд уур, шингэн мөнгөн ус ихээхэн нөлөөлдөг. Богино хугацаанд хүрэлцсэний дараа метал болон түүний хайлш нь эрчимтэй зэвэрч, амальгам үүсгэдэг.

Шүлт дэх хөнгөн цагааны зэврэлт

Шүлтүүд нь хөнгөн цагааны гадаргуу дээрх хамгаалалтын ислийн хальсыг амархан уусгаж, устай урвалд орж эхэлдэг бөгөөд үүний үр дүнд метал нь устөрөгчийг ялгаруулж уусдаг (устөрөгчийн деполяризаци бүхий хөнгөн цагаан зэврэлт).

2Al + 2NaOH + 6H 2 O → 2Na + 3H 2;

2(NaOHH 2 O) + 2Al → 2NaAlO 2 + 3H 2.

Алюминатууд үүсдэг.

Мөн оксидын хальс нь мөнгөн ус, зэс, хлорын ионуудаар устдаг.