Glin

1. Glin − ogólna charakterystyka

Przebrnęliśmy na litowce i berylowce, teraz czas na przedstawiciela 13. grupy, czyli glin.

Glin ma niewielką gęstość, jest wytrzymałym i lekkim metalem i cechuje się bardzo dobrym przewodnictwem elektrycznym.

Glin jest dobrym reduktorem (czyli łatwo sam się utlenia), ale nie ulega korozji ze względu na pasywację, która dzisiaj będzie głównym gościem tego opracowania.

➦ I właśnie w ogóle glin jest bardzo reaktywnym metalem, łatwo reaguje z tlenem, wodą, kwasami czy zasadami, ale jednak jeśli pozostawimy go na powietrzu to szybko przykrywa się kocykiem stworzonego z tlenku glinu, który go chroni przed dalszymi reakcjami (ponownie : pasywacja).

➦ Właściwości fizyczne glinu (lekkość, duża trwałość w wyniku pasywacji) sprawiają, że wielu producentów (wszystkiego) śliniło się na samą myśl o jego zastosowaniach, ale problem był taki, że glin jest miękki. A nie chcesz np. lecieć samolotem zrobionego z miękkiego metalu. Tak powstały stopy glinu z innymi metalami, np. Cu, Mn, Si. I takim najbardziej znanym połączeniem (stopem), które trzeba znać to duraluminium (2% Cu , 2% Mg + drobne ilości Si, Mn).

➦ Co ciekawe, związki glinu znajdują zastosowanie w medycynie. Używa się ich na ,,nadkwasotę żołądka” i w maściach typu Altacet [1].

2. Reakcje glinu

Glin roztwarza się w kwasie solnym i rozcieńczonym HNO3 . Zapisz tę reakcje. Co się wydarzy ze stężonym HNO3 ? Jak się nazywa ten proces? Czy da się przedstawić dla niego jakieś równanie reakcji? 

Glin roztwarza się w kwasach nieutleniających (np. kwasie solnym) oraz w rozcieńczonym kwasie azotowym z wydzieleniem wodoru. Zastosowanie stężonego HNO3 powoduje pasywację, czyli pokrywanie się glinu warstewką tlenku glinu Al2O3 , który jest już odporny na działanie kwasu azotowego. 

2Al  +  6HCl  ⟶   2AlCl3  +  3H2

2Al  +  6HNO3 (roz)  ⟶  2Al(NO3)3  + 3H2

2Al  +  6HNO3 (st)  ⟶  Al2O3  +  6NO2 +  3H2O

Czysty glin jest odporny na działanie tlenu z powietrza pomimo dużego powinowactwa do tego pierwiastka. Powierzchnia metalu pokrywa się bowiem ściśle przylegającą, pasywną warstwą tlenku uniemożliwiającą dalsze utlenianie metalu. Pasywna powierzchnia zabezpiecza również metal przed reakcją z wodą i rozcieńczonymi kwasami. To właśnie jest pasywacja.

Ochronna (pasywna) warstwa tlenku w roztworze silnie kwasowym lub zasadowym ulega jednak rozpuszczeniu i dlatego glin łatwo roztwarza się w stężonych roztworach kwasów oraz wodorotlenków. Reakcja z kwasem (np. HCl) została podana przed chwilą, więc jeszcze czas na reakcję glinu z wodorotlenkiem, w której może się tworzyć związek kompleksowy o LK = 4 lub LK = 6 (decyduje treść zadania, a jeśli nie to obojętnie co wpiszesz) :

2Al + 2NaOH + 6H2O   ⟶   2Na[Al(OH)4] + 3H2

2Al + 6NaOH + 6H2O ⟶ 2Na3[Al(OH)6] + 3H2

Pokaż na odpowiednich reakcjach, że tlenek i wodorotlenek glinu jest amfoteryczny. 

Al(OH)3 +  NaOH  ⟶   Na[Al(OH)4]        lub      Al(OH)3 +  3NaOH  ⟶   Na3[Al(OH)6]

Al(OH)3 +  3HCl  ⟶  AlCl3  +  3H2

Al2O3  +  2NaOH  + 3H2O   ⟶   2Na[Al(OH)4]      lub    

Al2O3  +  6NaOH  + 3H2O   ⟶   2Na3[Al(OH)6]    

Al2O3  +  6HCl  ⟶  2AlCl3  +  3H2

3. Glin − dodatkowe informacje

Ogrzewanie wodorotlenku glinu może przebiegać etapami − najpierw z wytworzeniem tlenowodorotlenku, a następnie z powstaniem tlenku. Zapisz schematy tych reakcji.

(I etap ) : 2Al(OH)3  ⟶  AlO(OH)  +  H2O            

(II etap ) : 2AlO(OH)   ⟶ Al2O3  +  H2O    

Tlenek glinu występuje w różnych odmianach polimorficznych. Tlenowodorotlenek glinu AlO(OH) może wydawać się dziwnym związkiem, jednak zapisanie go w takiej postaci :  (Al3+)( O2ー)(OH) powinno sprawić, że jego stechiometria nabierze więcej sensu.  

Glin często wchodzi w skład związków z grupy tak zwanych ałunów . Opisz te związki.

Ałun to związek o ogólnym wzorze  MAl[SO4]2 12H2O  gdzie M = Li+ , K+ , NH4+ (generalnie chcemy jakiś jednododatni kation). Czasem terminu ałun używa się też dla bardziej ogólnych związków, gdzie niekoniecznie musi być glin, ale jakiś inny, trójdodatni pierwiastek np. chrom.

Zauważ także, że ałun to po prostu rodzaj soli podwójnej i ładunki się nam oczywiście zgadzają : mamy jednododatni kation oraz trójdodatni kation, czyli łącznie ładunek + 4, równoważony przez dwa aniony siarczanowe (2 −2 = −4).

Gdybyśmy chcieli to rozpisać na pojedyncze sole to otrzymalibyśmy :  M2SO4 • Al2(SO4)3 = M2Al2(SO4)4  , co po skróceniu indeksów stechiometrycznych daje oryginalny wzór. Pamiętajmy że nie zawsze możemy te indeksy skracać. W tym przypadku mamy do czynienia ze związkami jonowymi i nie są one połączone między sobą ścisłymi wiązaniami, a same tworzą kryształy jonowe. I tak chodzi nam tylko o stosunek stechiometryczny soli (nie piszemy w końcu Na33Cl33 tylko wzór skrócony :  NaCl)[2]

Glin często wchodzi w skład minerałów z grupy tak zwanych spineli. Opisz te związki. 

Spinele to związki o wzorze ogólnym AB2O4 , gdzie A = pierwiastek na stopniu utlenienia (II) oraz B = pierwiastek na stopniu utlenienia (III). Są też inne możliwe kombinacje stopni utlenienia dla pierwiastków A i B. Przykład spineli wartej zapamiętania : MgAl2O4 . Otrzymywanie jest proste  − robi się to topiąc ze sobą odpowiednie tlenki :  

MgO  +  Al2O3   ⟶ MgAl2O4 .

Co ciekawe mieszany tlenek żelaza Fe3O4  również jest spinelą, widać to po rozpisaniu go jako FeFe2O4 . Pierwszy atom żelaza ma stopień utlenienia +II, a drugi +III.    


[1] Wodorotlenek glinu neutralizuje zawarty w żołądku kwas solny, zgodnie z reakcją :

Al(OH)3 +  3HCl  ⟶  AlCl3  +  3H2

Ponadto sole glinu używa się także do wiązania fosforanów, zmniejszać ich stężenie (lek na hiperfosfatemię).

Głównym składnikiem Altacetu jest octanowinian glinu. Działa miejscowo ściągająco (koaguluje białka na powierzchni tkanek), przeciwbólowo i przeciwzapalnie oraz zmniejsza obrzęk.

[2] Inna sytuacja jest w przypadku związków cząsteczkowych np. kwas szczawiowy − H2C2O4 , w przypadku którego skrócenie indeksów spowodowałoby zatracenie sensu chemicznego, jest to w końcu kwas dikarboksylowy (zawierający dwie grupy ―COOH). Benzen to C6H6 , a nikomu w końcu nie przychodzi do głowy zapisywać go jako CH. Tak samo tlenek N2O4 to nie jest to samo co NO2 (pierwszy jest bezbarwny, a drugi jest brunatny).

Leave a Reply

%d bloggers like this: