Hliník Výskyt hliníku: Výroba hliníku: elektrolýza taveniny chemicky upraveného bauxitu a kryolitu s přídavkem CaF2 a AlF3 pro snížení teploty tání taveniny kov se vylučuje na katodě (ocelová vana vyložená uhlíkem) na grafitové anodě vzniká kyslík, jenž reaguje na CO2, který se odvádí třetí nejrozšířenější prvek, je rozptýlen v přírodě hlavně ve formě hlinitokřemičitanů (živce, slídy, zeolity, ve zvětralé podobě hlíny) Chemická úprava bauxitu před provedením elektrolýzy Bauxit obsahuje mnoho nečistot: Fe2O3, křemen, hlinitokřemičitany aj. Chemické odstranění nečistot je založeno na rozpustnosti bauxitu v alkalickém prostředí: AlO(OH) + NaOH ® Na[Al(OH)4] následuje filtrace od nečistot a okyselení roztoku pomocí CO2 Na[Al(OH)4] + CO2 ® Al(OH)3 kalcinace Al(OH)3 ® Al2O3 elektrolýza Al2O3 Vlastnosti hliníku v tvorba kovalentních sloučenin v kovalentní vazby vzhledem k nízké elektronegativitě (hliník je považován na rozdíl od boru za kovový prvek) jsou silně polární v iontový charakter vykazují jen sloučeniny s nejelektronegativnějšími partnery, např. AlF3 v ve sloučeninách je obvyklé koordinační číslo 4 (sp3 hybridizace) nebo 6 (sp3d2) v nejběžnější oxidační číslo hliníku je III+ v jsou známy sloučeniny s oxidačním číslem I+ (AlCl) v v hliník je stříbrolesklý, měkký, velmi lehký kujný kov v poměrně dobrý vodič v je odolný vůči vzdušné korozi v důsledku vzniku kompaktní vrstvičky Al2O3 na povrchu kovu v nereaguje ani s vodou; pouze po odstranění ochranné povrchové vrstvy oxidu nebo hydroxidu např. amalgamací pomocí rtuti Chemické chování hliníku Hliník je amfoterní – rozpouští se jak v kyselinách, tak v louzích Soli hlinité podléhají hydrolýze Např. Pozn.: koncentrované oxidující kyseliny hliník pasivují Chemické chování hliníku v s kyslíkem má hliník vysokou afinitu a slučuje se na Al2O3 v se sírou vzniká Al2S3 v s halogeny odpovídající halogenidy AlX3, resp. Al2X6 v s dusíkem AlN v s fosforem fosfid AlP v s uhlíkem karbid Al4C3 (reakcí s vodou vzniká methan) Přímé reakce hliníku Reakce s kyslíkem za zvýšení teploty je silně exotermická (aluminotermie) Cr2O3 + 2 Al 2 Cr + Al2O3 Fe2O3 + 2 Al 2 Fe + Al2O3 “termit” – používá se ke svařování Sloučeniny hliníku s vodíkem Hydrid hlinitý Al2Cl6 + 6 LiH 2 AlH3 + 6 LiCl Příprava a výroba v má polymerní povahu v (AlH3)x s vazbami Al-H-Al v Al je oktaedricky koordinován v rozkládá se i vzdušnou vlhkostí AlH3 + 3 H2O Al(OH)3 + 3 H2 Na + Al + 2 H2 Na[AlH4] v vznikají reakcí alanu nebo halogenidů hlinitých s hydridy alkalických kovů v etheru v Tetrahydridohlinitany Sloučeniny hliníku s vodíkem Používají se jako redukční činidla v preparativní chemii v v průmyslu vysokotlakou syntézou z prvků AlH3 + LiH Li[AlH4] v ve vlhkém prostředí a ve vodě hydrolyzují za vývoje vodíku Sloučeniny hliníku s kyslíkem Oxid hlinitý Al2O3 - bílá, značně tvrdá a velmi inertní látka v vzniká spalováním kovu v kyslíku nebo termickým rozkladem hydroxidu hlinitého v vyskytuje se v několika modifikacích korund a-Al2O3 s anionty O2- v nejtěsnějším hexagonálním uspořádání a oktaedrickými dutinami, obsazenými ze dvou třetin ionty Al3+ (ρ=4 g.cm-3) jsou-li zbylé dutiny obsazeny dalšími ionty, vznikají odrůdy – zbarvené drahokamy (červený rubín s Cr3+, modrý safír s Fe3+, zelený smaragd s V3+) kubický g-Al2O3 (“aktivovaný” oxid hlinitý), který je reaktivnější s výraznými sorpčními schopnostmi; (ρ=3,4 g.cm-3), při vysoké teplotě přechází na a-modifikaci vláknitá forma oxidu hlinitého, patřící spolu se ZrO2 mezi anorganická vlákna o průměru cca 3 mm a délce až jednotek cm, používaná pro svou vysokou odolnost až do 1400 °C místo zdravotně závadného azbestu, jako izolační a filtrační materiál, nosič katalyzátorů apod. oxid hlinitý vytváří s oxidy některých kovů typu MeO podvojné oxidy MeAl2O4, zvané spinely (Me = Ca, Mg aj.) využití: brusné pasty, standard pro termickou analýzu, materiál pro sorpce a-Al2O3 XX?? Sloučeniny hliníku s kyslíkem Sloučeniny hliníku s kyslíkem Spinel MgAl2O4 ????? Td Oh Oxid- hydroxid hlinitý AlO(OH) v je znám ve dvou formách (a-diaspor a g-böhmit), které jsou obsaženy v bauxitu. v dají se získat pomalým srážením z roztoků hlinitých solí zvýšením pH. Sloučeniny hliníku Hydroxid hlinitý Al(OH)3 v existuje ve dvou modifikacích: rychlým srážením uměle připravený bayerit a-Al(OH)3 běžnější g-Al(OH)3 (gibbsit čili hydrargillit) v v bílá objemná sraženina amfoterního charakteru Al(OH)3 + OH- [Al(OH)4]- Al(OH)3 + 3 H3O+ [Al(H2O)6]3+ v z hlinitanů je nejdůležitější Ca3Al2O6, jenž je spolu s křemičitanem vápenatým jednou hlavních součástí portlandského cementu Sloučeniny hliníku Struktura cyklického hlinitanu Ca3Al2O6 Sloučeniny hliníku s kyslíkem Na/S článek - obsahuje jako tuhý elektrolyt Na-β-aluminu Soli hlinité Soli hlinité v síran hlinitý Al2(SO4)3 . X H2O (x = až 18), rozpustná ve vodě za hydrolýzy, takže roztok vykazuje kyselou reakci využívá se ve vodárenství k čiření vody, vzniklé málo rozpustné hydroxokomplexy sorbují na svůj povrch nečistoty v dobře rozpustný dusičnan hlinitý Al(NO3)3·9H2O (eneahydrát) v octan hliniý Al(CH3COO)3, užívaný v lékařství na obklady v kamence jsou bílé (draselno- hlinitý) i různě zbarvené (fialový amonno-chromitý) a izomorfní (tj. jednotlivé ionty se mohou ve struktuře vzájemně zastupovat) v je možné získat směsné krystaly různého barevného odstínu či dokonce vypěstovat krystal, obsahující v sobě dva různé kamence (uvnitř fialový a na něm rostoucí průzračně bílý) v tvoří krychle, v jejíž rozích leží střídavě [M(H2O)6]2+ a [Me(H2O)6]3+ Kamence hlinité MIMeIII(SO4)2·12H2O (Me = Al, Fe, Cr, V aj.) [Al(H2O)6]3+ + H2O ® [Al(H2O)5(OH)]2+ + H3O+ Halogenidy hliníku Halogenidy hlinité AlX3, resp. Al2X6 - jsou známy i AlX a AlX2 Příprava: reakce Al s halogenovodíky nebo přímou reakcí prvků (kromě AlF3) Al2O3 + 6 HF 2 AlF3 + 3 H2O 700 °C v nejstálejší je fluorid AlF3 , je typickou iontovou sloučeninou s vysokou teplotou tání (nad 1200 °C ), existuje ve dvou modifikacích a a β v ostatní halogenidy snadno tvoří dimerní molekuly Al2X6 se dvěma halogenidovými můstky mezi atomy kovu (jde o dva tetraedry AlX4 spojené přes hranu) v z vodných roztoků krystalují jako hexahydráty AlX3×6 H2O v bezvodé je zahřátím nelze připravit, protože uvolněnou vodou hydrolyzují Halogenidy hliníku ???? Al2Cl6 slouží jako katalyzátor mnohých organických reakcí, používá se jako katalyzátor Friedel-Craftsových reakcí Sloučeniny hliníku Příklad F.-C- syntézy Komplexní sloučeniny hliníku Hliník v aniontových ligandech s k.č. 4 - [AlH4] -, [AlX4] - Ve vodném roztoku [Al(H2O)6] 3+ Hliník v aniontových ligandech s k.č. 6 - [AlF6] 3-, [Al(C2O4)3] 3- Komplexní sloučeniny hliníku Komplexní sloučeniny hliníku Fluorohlinitany kryolit 2 Al(OH)3 + 3 Na2CO3 + 12 HF ® 2 Na3[AlF6] + 3 CO2 + 9 H2O Kryolit se využívá především při výrobě hliníku elektrolýzou Organokovoné sloučeniny hliníku Jde o velmi reaktivní, na vzduchu samozápalné látky, prudce reagující s vodou AlR3 + 3 H2O ® Al(OH)3 + 3 RH Pozn.: spolu s TiCl3 našly tyto látky významné použití jako Ziegler-Nattovy katalyzátory při polymeraci olefinů v syntéze slouží k alkylacím Využití hliníku v lehké konstrukční slitiny pro letecký, kosmický a automobilový průmysl dural (Al + Cu + Mg + Mn) magnalium elektron silumin (s křemíkem) v samotný hliník má použití v elektrotechnice (vodiče) v jako redukční činidlo (aluminotermie) v výroba tenkých fólií (alobal) v některé sloučeniny hliníku se používají jako katalyzátory