Химические реакции алюминия

Ниже представлены основные химические реакции алюминия с другими химическими элементами. эти реакции определяют основные химические свойства алюминия.

Реакция алюминия с воздухом

Обычно поверхность алюминия всегда покрыта тонким слоем оксида алюминия, который защищает ее от воздействия воздуха, точнее, кислорода. Поэтому считается, что алюминий не вступает в реакцию с воздухом. Если же этот оксидный слой повреждается или удаляется, то свежая поверхность алюминия подвергается воздействию кислорода воздуха. Алюминий может гореть в кислороде ослепительно белым пламенем с образованием оксида алюминия Al2O3.

Реакция алюминия с кислородом:

  • 4Al + 3O2 —> 2Al2O3

Реакции алюминия с водой

При взаимодействии алюминия с водой возможны следующие реакции [2]:

  • 2Al + 6H2O = 2Al(OH)3 + 3H2       (1)
  • 2Al + 4H2O = 2AlO(OH) + 3H2     (2)
  • 2Al + 3H2O = Al2O3 + 3H2            (3)

В результате этих реакция образуются, соответственно следующие соединения алюминия:

  • модификация гидроксида алюминия байерит и водород (1)
  • модификация гидроксида алюминия богемит и водород (2)
  • оксид алюминия и водород (3)

Эти реакции, кстати, представляют большой интерес, при разработке компактных установок для получения водорода для транспортных средств, которые работают на водороде [2].

Все эти реакции являются термодинамически возможными при температуре от комнатной до температуры плавления алюминия 660 ºС. Все они являются также экзотермическими, то есть происходят с выделением тепла [2]:

  • При температуре от комнатной до 280 ºС наиболее устойчивым продуктом реакции является Al(OH)3.
  • При температуре от 280 до 480 ºС наиболее устойчивым продуктом реакции является AlO(OH).
  • При температуре выше 480 ºС наиболее устойчивым продуктом реакции является Al2O3.        

Таким образом, оксид алюминия Al2O3 становится термодинамически более устойчивым, чем  Al(OH)3 при повышенной температуре. Продуктом реакции алюминия с водой при комнатной температуре будет гидроксид алюминия Al(OH)3.

Реакция (1) показывает, что алюминий должен самопроизвольно реагировать с водой при комнатной температуре. Однако на практике кусок алюминия, опущенный в воду, не реагирует с водой в условиях комнатной температуры и даже в кипящей воде. Дело в том, что алюминий имеет на поверхности тонкий когерентный слой оксида алюминия Al2O3. Эта оксидная пленка прочно удерживается на поверхности алюминия и предотвращает его реакцию с водой. Поэтому, чтобы начать и поддерживать реакцию алюминия с водой при комнатной температуре необходимо постоянно удалять или разрушать этот оксидный слой [2].

Реакции алюминия с галогенами

Алюминий бурно реагирует со всем галогенами – фтором F, хлором Cl, бромом Br и иодином (йодом) I, с образованием соответственно фторида AlF3, хлорида AlCl3, бромида Al2Br6 и иодида Al2Br6.

Реакции водорода со фтором, хлором, бромом и иодином:

  • 2Al + 3F2 → 2AlF3
  • 2Al + 3Cl2 → 2AlCl3
  • 2Al + 3Br2 → Al2Br6
  • 2Al + 3l2 → Al2I6 

Реакции алюминия с кислотами

Алюминий активно вступает в реакцию с разбавленными кислотами: серной, соляной и азотной, с образованием соответствующих солей: сернокислого алюминия Al2SO4, хлорида алюминия AlCl3 и нитрата алюминия Al(NО3)3.

Реакции алюминия с разбавленными кислотами:

  • 2Al + 3H2SO4 —> Al2(SO4)3 + 3H2
  • 2Al + 6HCl —> 2AlCl3 + 3H2
  • 2Al + 6HNO3 —> 2Al(NO3)3 + 3H2

С концентрированными серной и соляной кислотами при комнатной температуре не взаимодействует, при нагревании реагирует с образованием соли, окислов и воды.

Реакции алюминия со щелочами

Алюминий в водном растворе гидроксида натрия реагирует с образованием алюмината натрия.

Реакция алюминия с гидроксидом натрия:

  • 2Al + 2NaOH + 10H2O  —> 2Na[Al(H2O)2(OH)4] + 3H2

Источники:

1.  Chemical Elements. The first 118 elements, ordered alphabetically / ed. Wikipedians — 2018

2. Reaction of Aluminum with Water to Produce Hydrogen /John Petrovic and George Thomas, U.S. Department of Energy, 2008