Borowce – glin ogólna charakterystyka borowców, występowanie glinu, otrzymywanie i właściwości fizyczne glinu właściwości glinu i jego związki

Borowce – ogólna charakterystyka Bor jest półmetalem, pozostałe pierwiastki są metalami, ich promienie atomowe wzrastają wraz ze wzrostem liczby atomowej w grupie, promień atomowy glinu jest mniejszy od promienia magnezu, ale większy od promienia krzemu Wraz ze zmniejszaniem się promienia atomowego wzrasta energia jonizacji, jednak pierwsza energia jonizacji jest mniejsza od energii jonizacji berylowców (jonizacja u borowców dot. podpowłoki p a berylowców podpowłoki s), jednak sumaryczna energia jonizacji jest większa niż energia jonizacji berylowców, stąd mniejsza reaktywność chemiczna, większa gęstość oraz wyższe temperatury topnienia i wrzenia W grupie, wraz ze wzrostem l. at. Z wzrasta promień atomowy, maleje energia jonizacji, wzrasta reaktywność chemiczna Typowym stopniem utlenienia borowców jest +III, bor w związkach występuje na hybrydyzacji sp2 lub sp3, natomiast glin– sp3 lub sp3d2, wykazują tendencję do tworzenia wiązań kowalencyjnych

Glin – występowanie i otrzymywanie Występowanie: w przyrodzie występuje tylko w postaci związanej, ważniejsze minerały: boksyt – AlO(OH), kriolit – Na3AlF6, glinokrzemiany (potasu, sodu, wapnia), korund (krystaliczny) – Al2O3, korund domieszkami związków niektórych metali to kamienie szlachetne: chromu – rubin, tytanu i żelaza – szafir Otrzymywanie: elektroliza 20-30% roztworu Al2O3 w kriolicie

Korund Szafir i jego odmiany Rubin

Glin – zastosowanie Metaliczny: produkcja przewodów elektrycznych, naczyń i sztućców, aparatury chemicznej, luster teleskopowych, deszczownie, ramy drzwiowe i okienne, okucia stolarskie, powłoki antykorozyjne, Folia i blachy: opakowania, puszki na napoje, Sproszkowany: produkcja farb, materiałów wybuchowych i ogni sztucznych, Granulat: jako reduktor w procesie aluminotermii do otrzymywania innych metali Stopy z innymi metalami – duraluminium (93-95%), silumin (86-90%), magnalium (70-90%), elektron (10,5%)

Związki glinu – zastosowanie Tlenek glinu (korund): produkcja materiałów ściernych, okładziny ogniotrwałe, chromatografia kolumnowa lub cienkowarstwowa (proces rozdziału mieszanin w wyniku oddziaływań fizycznych składników mieszanin z podłożem -Al2O3 - adsorpcji) w jubilerstwie (kamienie szlachetne) Chlorek glinu: środek osuszający i katalizator w procesach chemicznych, np. dehydratacja alkoholi, chlorowanie benzenu, Siarczan(VI): w przemyśle garbarskim i papierniczym, Octan glinu: w medycynie Mydło glinowe: do impregnacji przeciwwodnych tkanin (brezenty)

Glin – właściwości fizyczne i chemiczne Metal sbrebrzysto-biały, ciągliwy, kowalny, dość kruchy, bardzo dobry przewodnik prądu elektrycznego i ciepła, metal lekki (d ≈ 2,7g/cm3) W powietrzu ulega pasywacji, pokrywając się warstewką tlenku glinu Al2O3, związku dość pasywnego chemiczne, stąd też nie reaguje z wodą i rozcieńczonymi kwasami Nieoczyszczony z tlenku, glin reaguje z wodą w temp. powyżej 100oC, natomiast oczyszczony z tlenku reaguje na zimno z wydzieleniem wodoru: 2Al + 6H2O  Al(OH)3 + ↑3H2

Glin – właściwości chemiczne - cd Reakcja glinu z kwasami na gorąco (warstwa pasywacyjna zostaje rozpuszczona): 2Al + H2SO4  Al2(SO4)3 + 3H2 2Al + 6HCl  2AlCl3 + 3H2 Glin nie reaguje z stężonym HNO3 i etanowym (octowym) dzięki warstwie pasywacyjnej tlenku glinu, stąd też kwasy te transportuje się w cysternach aluminiowych

Glin – właściwości chemiczne - cd Reakcje glinu z roztworami mocnych zasad: glin wykazuje charakter amfoteryczny, w reakcji z roztworami mocnych zasad powstają rozpuszczalne w hydroksogliniany i wodór: 2Al + 6KOH + 6H2O  2K3[(Al(OH)6] + 3H2 heksahydroksoglinian potasu 2Al + 2NaOH + 6H2O 2Na[Al(OH)4] + 3H2 tetrahydroksoglinian sodu

Glin – właściwości chemiczne - cd Reakcje glinu z niemetalami: w pokojowej temperaturze reaguje z fluorowcami, w podwyższonej temp. reaguje z siarką, fosforem i azotem, nie reaguje bezpośrednio z wodorem 2Al + 3Cl2  2AlCl3 2Al + 3S  Al2S3 Reakcje glinu z tlenem: Glin (pył) po podgrzaniu wykazuje silne właściwości piroforyczne (ulega samozapaleniu), spala się bardzo intensywnym białym płomieniem z wydzieleniem dużej ilości energii cieplnej: 4Al + 3O2  2Al2O3

Glin – właściwości chemiczne - cd Powinowactwo glinu do tlenu: wykorzystywane jest do otrzymywania metali z ich tlenków metodą aluminotermiczną, z wykorzystaniem wysokiej temperaturze towarzyszącej reakcji, tą metodą otrzymuje się chrom, mangan, wanad, kobalt oraz półmetale krzem i bor 3Fe3O4 + 8Al  9Fe + 4Al2O3 Cr2O3 + 2Al  2Cr + Al2O3 Sole glinu: wodne roztwory soli glinu rozpuszczalnych w wodzie wykazują odczyn kwasowy, ponieważ ulegają hydrolizie kationowej: Al3+ + 3H2O  ↓Al(OH)3 + 3H+

Ważniejsze związki glinu – Al2O3 Tlenek glinu - Al2O3 : biały krystaliczny proszek, nierozpuszczalny w wodzie, otrzymuje się przez spalanie glinu w tlenie lub przez odwodnienie wodorotlenku glinu 4Al + 3O2  2Al2O3 2Al(OH)3  Al2O3 + 3H2O (prażenie) Tlenek glinu jest rozpuszczalny w mocnych kwasach, w wodnych roztworach mocnych zasad wykazując właściwości amfoteryczne

Amfoteryczne właściwości Al2O3 Reakcja z kwasami: Al2O3 + 3H2SO4  Al2(SO4)3 + 3H2O Reakcje z wodnymi roztworami mocnych zasad: Al2O3 + 2NaOH +3H2O 2Na[(Al(OH)4](aq) Al2O3 + 6KOH +3H2O  2K3[(Al(OH)6](aq) Stapianie z mocnmi zasadami: Al2O3 + 2NaOH  2NaAlO2 + H2O metaglinian sodu Al2O3 + 6KOH  2K3AlO3 + H2O ortoglinian potasu

Ważniejsze związki glinu – Al(OH)3 Wodorotlenek glinu – Al(OH)3: substancja stała, barwy białej , krystaliczna, nierozpuszczalna w wodzie, otrzymuje się w reakcji roztworów soli glinu z roztworami zasad (strącanie osadów) lub w reakcji wysycania CO2 hydroksoglinianów: AlCl3 + 3NaOH  Al(OH)3 + 3NaCl 2Na[Al(OH)4] + CO2  Al(OH)3 + Na2CO3 + H2O Wodorotlenek jest rozpuszczalny w kwasach i mocnych zasadach, wykazuje właściwości amfoteryczne

Amfoteryczne właściwości Al(OH)3 Reakcja z kwasami: 2Al(OH)3 + 3H2SO4  Al2(SO4)3 + 6H2O Reakcje z wodnymi roztworami mocnych zasad: Al(OH)3 + NaOH Na[(Al(OH)4](aq) Al(OH)3 + 3KOH +  K3[(Al(OH)6](aq) Stapianie z mocnmi zasadami (litowców): Al(OH)3 + NaOH  2NaAlO2 + 2H2O metaglinian sodu Al(OH)3 + 3KOH  K3AlO3 + 3H2O ortoglinian potasu

Ważniejsze związki glinu Siarczan(VI) glinu - Al2(SO4)3. 18H2O: bezbarwna, krystaliczna substancja, rozpuszczalna w wodzie 2Al(OH)3 + 3H2SO4  Al2(SO4)3 + 6H2O Ałun glinowo-potasowy – KAl(SO4)2.12H2O: sól podwójna, dobrze rozpuszczalna w wodzie, krystaliczna, bezbarwna, stosowana w garbarstwie, przemyśle papierniczym, tekstylnym, w kosmetyce, w lecznictwie Chlorek glinu – AlCl3: bezbarwna, krystaliczna substancja, ulega hydrolizie w powietrzu z wydzielaniem chlorowodoru, silnie higroskopijny stosowany jako osuszacz, w garbarstwie, medycynie, syntezach chemicznych, w produkcji pergaminu 2AlCl3 + 3H2O  Al2O3 + ↑6HCl