Соединения Вe, Мg, А1.

Рассмотрим следующие соединения легких металлов: а) гидриды, б) галиды, в) оксиды, г) сульфиды, д) нитриды, е) карбиды, ж) силициды.

Гидриды легких металлов.

Гидриды бериллия, магния и алюминия не стабильны при воздействии температуры. Гидрид бериллия можно получить только проведением об­менных реакций, например:

BeCl₂ + 2LiH → BeH₂ + 2LiCl

Гидриды Мg, Аl, образуются в результате взаимодействия металлов с водородом. Полимерные гидриды Мg и А1 более стабильны, чем соответствующие мономерные. Эти гидриды изображаются как [МgН₂]_Х и [А1Н₃]_Х. Стабильные соединения могут содержать ковалентные связи Аl-Н и донорно-акцепторную связь А1→Н, например, известны такие соединения Li[А1Н₄]. Эти соединения называются аланатами.

Галиды легких металлов.

Рассмотрим хлориды и фториды Ве, Мg, А1. Галиды получаются взаимодействием металлов с галогенами (сгорание металлов в галогенах).Хлориды магния и бериллия образуются в реакциях замещения, на­пример:

ТiС1₄ + 2Мg → Тi + 2МgС1₂.

Галиды магния и бериллия представляют собою соли с сильно выраженным ионным характером. В этих связях участвуют sр или q² орбитали металлов.

Галиды алюминия в значительной степени содержат ковалентные свя­зи. Хлорид алюминия растворяется в органических растворителях, его гид­ролиз приводит к образованию гидроксида алюминия и хлорида водорода:

AlCl₃ + ЗН₂О → А1(ОH)₃ + ЗНС1

Галиды выше приведенных металлов очень легко образуют комплекс­ные соединения, потому что в их внешних слоях есть свободные орбитали. Формулы комплексных соединений на основе фторидов бериллия и магния можно записать:

Трифторобериллат натрия 2 — Nа[ВеF₃]

Тетрафторобериллат натрия 2 — Nа₂[ВеF₄]

Трифторомагнезат калия 2 — К[МgF₃ ]

Тетрафторомагнезат калия 2 — К₂[МgF₄]

Координационные числа таких ионов, как Аl³⁺ равно 6. С их участием образуются сложные анионы: [А1F₆]^3-.

Галиды и алюминия используются в качестве катализаторов полимеризации. Хлорид магния используется для производства магнези­ального цемента (цемент Сореля):

MgO + MgCl₂ → Mg₂OCl₂

Оксиды легких металлов.

Металлы Ве, Мg, А1 легко окисляются в кислороде, это означает, что при их горении образуются соответствующие оксиды. Оксиды могут также образоваться при разрушении гидроксидов металлов. Запишем реакцию разложения гидроксида алюминия:

А1(ОН)₃ → АlO(ОН) → А1₂0₃ → А1₂0₃

Карбиды, нитриды, бориды, силициды Ве, Мg, А1.

Большинство этих веществ являются весьма термостойкими, но химически они не устойчивы (разлагаются при взаимодействии с водой или кислота­ми). Такие соединения, как карбид алюминия, а также нит­рид бериллия являются веществами с высокой температурой плавления.

Обычно карбиды металлов, например, карбид бериллия или карбид магния, взаимодействуют с водой следующим образом:

Мg₂С + 2Н₂О → 2МgО + СН₄

Нитрид бериллия разлагается под действием соляной кислоты, а также воды:

Ве₃N₂ + 8НС1 → 3ВеС1₂ + 2NН₄С1

Ве₃N₂ +6Н₂О → 3Ве(ОН)₂ + 2NH₃

Экспериментальная часть.

Опыт 1.

Гидроксид бериллия и его свойства.

Выполнение работы.

В две пробирки по 3-4 капли раствора соли бериллия. В каждую пробирку добавить раствор щелочи до образования осадка гидроксида бериллия:

Белого цвета

BeCl₂ + 2NaOH → Be(OH)₂↓ + 2NaCl

Гидроксид

бериллия

1. Полное ионное уравнение:

Be²⁺ + 2Cl^- + 2Na⁺ + 2OH^- → Be(OH)₂↓ + 2Na⁺ + 2Cl^-

2. Сокращенное ионное уравнение:

Be²⁺ + 2OH^- → Be(OH)₂↓

К осадку добавили 5-6 капель хлороводородной кислоты. Осадок растворяется:

Be(OH)₂↓ + HCl → BeCl₂ + H₂O

В другую пробирку к осадку гидроксида бериллия добавили раствор щелочи. Осадок не растворяется и образуется комплексный анион тетрагидроксобериллат:

Be(OH)₂↓ + 2NaOH → Na₂[Be(OH)₄]^2-

Cхема равновесия диссоциации гидроксида бериллия:

Be(OH)₂↓ → Ве²⁺ + 2ОН^-

Вывод: Бериллий в воде практически нерастворим, но легко растворяется как в кислотах, так и в щелочах, в последнем случае с образованием гидроксобериллатов. Кислотные свойства гидроксида бериллия выражены очень слабо, поэтому в водном растворе бериллаты сильно гидролизуются. Большинство солей бериллия, в том числе и сульфат, хорошо растворимы в воде, тогда как сульфаты щелочноземельных металлов в воде практически нерастворимы. В водных растворах ионы Ве²⁺ подвергаются гидролизу, благодаря чему растворы солей бериллия имеют кислую реакцию. Все соединения бериллия токсичны. В частности, весьма опасно пребывание в атмосфере, содержащей пыль бериллия или его соединений.

Опыт 2.

Взаимодействие магния с кислотами.

Выполнение работы.

В пробирку с магнием добавили 4 капли 2н. хлороводородной кислоты. Образуется хлорид магния, бесцветный и хорошо растворимый и протекает с выделением водорода:

Mg + 2HCl → MgCl₂ + H₂

Также в пробирку с магнием добавили 4 капли азотной кислоты. Образуется нитрат магния, также нитрат аммония и магний не растворяется:

4Mg + 10HNO₃ → 4Mg(NO₃)₂ + NH₄NO₃ + 3H₂O

Вывод: В кислотах магний легко растворяется с выделением водорода. Щелочи на магний не действуют.

Опыт 3.

Взаимодействие алюминия с разбавленными кислотами.

Выполнение работы.

В три пробирки внесли по 5-8 капель 2н. растворов кислот: хлороводородной, серной азотной и опустили по маленькому кусочку алюминевой фольги. Алюминий легко растворяется в соляной кислоте любой концентрации c выделением водорода:

2Al + 6HCl → 2AlCl₃ + 3H₂↑

Концентрированная серная и азотная кислоты на холоде не действуют на алюминий. При нагревании алюминий способен восстанавливать эти кислоты без выделения водорода:

2Al + 6H₂SO_4(конц) → Al₂(SO₄)₃ + 3SO₂ + 6H₂O

Al + 6HNO_3(конц) → Al(NO₃)₃ + 3NO₂ + 3H₂O

В разбавленной серной кислоте алюминий растворяется с выделением водорода:

2Al + 3H₂SO₄ → Al₂(SO₄)₃ + 3H₂↑

В разбавленной азотной кислоте реакция идет с выделением окиси азота (II):

Al + 4HNO₃ → Al(NO₃)₃ + NO + 2H₂O

Вывод: Разбавленные соляная и серная кислоты легко растворяют алюминий, особенно при нагревании. Сильно разбавленная и холодная концентрированная азотная кислота алюминий не растворяет.

Опыт 4.

Растворение алюминия в водном растворе щелочи.

Выполнение работы.

При действии на алюминий водных растворов щелочей слой оксида растворяется, причем образуются алюминаты – соли, содержащие алюминий в составе аниона:

Al₂O₃ + 6NaOH + 3H₂O → 2Na₃[Al(OH)₆]^3-

гексагидроксоалюминат натрия

Алюминий, лишенный защитной пленки, взаимодействует с водой, вытесняя из нее водород:

2Al + 6H₂O → 2Al(OH)₃ + 3H₂↑

Образующийся гидроксид алюминия реагирует с избытком щелочи, образуя гидроксоалюминат:

Al(OH)₃ + 3NaOH → Na₃[Al(OH)₆]^3-

Вывод: Реакции алюминия с водой объясняется наличием на его поверхности плотной оксидной пленки, которая затрудняет доступ водородных ионов к поверхности металла. Добавленная щелочь растворяет оксидную пленку с образованием гидроксоалюмината и создает возможность непосредственного взаимодействия алюминия с водой.

Опыт 5.

Гидроксид алюминия, его получение и свойства.

Выполнение работы.

Помещая в пробирку 2-3 капли раствора алюминия и 2-3 капли раствора едкого натра до образования осадка гидроксида алюминия. Гидроксид алюминия Al(OH)3 – белое твердое вещество, не растворяющееся в воде. Получается гидроксид алюминия при взаимодействии солей алюминия со щелочами. Так, если к раствору хлорида алюминия приливать по каплям раствор едкого натра, то наблюдается образование студенистого осадка гидроксида алюминия:

белого цвета осадок

3) AlCl3 + 3NaOH → Al(OH)3↓ + 3NaCl

Сокращенное ионное уравнение этой реакции:

Al³⁺ + 3OHˉ → Al(OH)3↓

Если на гидроксид алюминия подействовать какой-либо кислотой, например соляной, то осадок исчезнет и получится прозрачный раствор: происходит реакция с образованием растворимой в воде соли алюминия и воды:

Al(OH)3 + 3HCl → AlCl3 + 3H2O

Или ионное уравнение:

Al(OH)3 + 3H⁺ → Al³⁺ + 3H2O

В этой реакции гидроксид алюминия проявляет свойства основания.

К гидроксиду алюминия прибавляем 3-5 капели 2н. раствора едкого натра. Al(OH)3 обладает амфотерными свойствами. Он растворяется в щелочах с образованием комплексной соли, разлагающейся с выделением воды до алюмината – соли алюминиевой кислоты НАlО2:

Al(OH)3 + 3NaOH → Na₃[Al(OH)6]^3-

избыток гексагидроксо-3-алюминат натрия

В этой реакции гидроксид алюминия проявляет свойства кислоты. Осадок растворяется, раствор прозрачный.

Схема равновесия диссоциации гидроксида алюминия:

Al(OH)3 → Al³⁺ + 3OHˉ

Гидроксид алюминия проявляет свойства кислоты и основания т.е. он амфотерен.

Вывод: Гидроксид алюминия Al(OH)3 выпадает в виде студенистого осадка при действии щелочей на растворы солей алюминия и легко образуют коллоидные растворы. Гидроксид алюминия – типичный амфотерный гидроксид. С кислотами он образует соли, содержащие катион алюминия, со щелочами – алюминаты. При взаимодействии гидроксида алюминия с водными растворами щелочей или при растворении металлического алюминия в растворах щелочей образуется гидроксоалюминаты.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: