Соединения алюминия
Алюминий (или алюминий) сочетает в себе характеристики до- и постпереходных металлов. Поскольку у него мало доступных электронов для металлической связи, как и у его более тяжелых сородичей группы 13, он обладает характерными физическими свойствами постпереходного металла с более длинными, чем ожидалось, межатомными расстояниями. [1] Кроме того, поскольку Al 3+ представляет собой небольшой и высокозаряженный катион, он сильно поляризует, а соединения алюминия имеют тенденцию к ковалентности; [2] это поведение похоже на поведение бериллия (Be 2+ ), пример диагонального соотношения . [3]Однако, в отличие от всех других постпереходных металлов, основное ядро под валентной оболочкой алюминия представляет собой ядро предшествующего благородного газа , тогда как для галлия и индия это ядро предшествующего благородного газа плюс заполненная d-подоболочка, а для таллия и нихония это так же, как у предыдущего благородного газа плюс заполненные d- и f-подоболочки. Следовательно, алюминий не страдает от эффектов неполного экранирования валентных электронов внутренними электронами от ядра, как его более тяжелые сородичи. Электроположительное поведение алюминия, высокое сродство к кислороду и сильно отрицательный стандартный электродный потенциал больше похожи на таковые у скандия , иттрия , лантана и актиния ., которые имеют конфигурации ds 2 из трех валентных электронов вне ядра благородного газа: алюминий - самый электроположительный металл в своей группе. [1] Алюминий также имеет незначительное сходство с металлоидом бора той же группы; Соединения AlX 3 изоэлектронны по валентности соединениям BX 3 (у них такая же валентная электронная структура), и обе они ведут себя как кислоты Льюиса и легко образуют аддукты . [4] Кроме того, одним из основных мотивов химии бора являются правильные икосаэдрические структуры, а алюминий составляет важную часть многих икосаэдрических квазикристаллов .сплавы, в том числе класса Al–Zn–Mg. [5]
Алюминий реагирует с большинством неметаллов при нагревании, образуя такие соединения, как нитрид алюминия (AlN), сульфид алюминия (Al 2 S 3 ) и галогениды алюминия (AlX 3 ). Он также образует широкий спектр интерметаллических соединений с участием металлов из каждой группы периодической таблицы. Алюминий имеет высокое химическое сродство к кислороду, что делает его пригодным для использования в качестве восстановителя в термитной реакции. Мелкий порошок металлического алюминия взрывоопасно реагирует при контакте с жидким кислородом .; однако в нормальных условиях алюминий образует тонкий оксидный слой, который защищает металл от дальнейшей коррозии кислородом, водой или разбавленной кислотой. Этот процесс называется пассивацией . [2] [6] Этот слой разрушается при контакте с ртутью из-за амальгамации или с солями некоторых электроположительных металлов. [2] Таким образом, самые прочные алюминиевые сплавы менее устойчивы к коррозии из-за гальванических реакций с легированной медью , [7] а коррозионная стойкость алюминия значительно снижается водными солями, особенно в присутствии разнородных металлов. [1]Кроме того, хотя реакция алюминия с водой при температуре ниже 280 °C представляет интерес для производства водорода, коммерческое применение этого факта имеет проблемы с обходом пассивирующего оксидного слоя, который тормозит реакцию, и с накоплением необходимой энергии. для регенерации металлического алюминия. [8]
Бытовая сантехника никогда не изготавливается из алюминия , в первую очередь из-за того, что он подвергается коррозии растворенными хлоридами , такими как обычный хлорид натрия . [9] Однако из-за своей общей устойчивости к коррозии алюминий является одним из немногих металлов, сохраняющих серебристую отражательную способность в виде мелкого порошка, что делает его важным компонентом серебристых красок. Алюминиевое зеркальное покрытие имеет самый высокий коэффициент отражения среди всех металлов в диапазонах 200–400 нм ( УФ ) и 3000–10 000 нм (дальний ИК ); в видимом диапазоне 400–700 нм немного уступает олову и серебру , а в диапазоне 700–3000 нм (ближний ИК) — серебру,золото , и медь . [10]
