Теория
Алюминий (Al) — это химический элемент 13-й группы (главная подгруппа III группы), который является самым распространенным металлом в земной коре.
В отличие от магния, алюминий имеет на внешнем слое три электрона, поэтому в подавляющем большинстве соединений он проявляет постоянную степень окисления +3.
В обычных условиях алюминий — легкий, серебристо-белый металл, покрытый прочной оксидной пленкой, которая защищает его от коррозии.
При определенных условиях алюминий активно реагирует с неметаллами и кислотами, проявляя сильные восстановительные свойства.
Алюминий находится в 3-м периоде. Его валентные возможности определяются тремя электронами: парой на s-подуровне и одним неспаренным электроном на p-подуровне.
Рис. Степень окисления алюминия 0, +3. Факторы, которые влияют на СО — положение в периодической таблице, электронная конфигурация, электроотрицательность и квантовые числа валентных электронов.
Причина постоянной степени окисления алюминия кроется в строении его внешнего электронного уровня: 3s2 3p1.
3s [↑↓] 3p [↑][ ][ ]3s [ ] 3p [ ][ ][ ].Так как атом теряет три отрицательно заряженные частицы, его заряд становится +3.
Рис. Наглядный механизм образования степени окисления +3: полная отдача всех валентных электронов (3e⁻) для перехода в максимально устойчивое состояние.
В химических соединениях алюминий практически всегда имеет степень окисления +3.
Он является типичным восстановителем, отдавая свои электроны более электроотрицательным элементам:
Высшая степень окисления алюминия равна +3 (соответствует номеру группы). Низшая равна 0 (металл).
В отличие от переходных металлов, валентность алюминия постоянна и в устойчивых соединениях всегда равна III.
Это означает, что в химических реакциях алюминий образует три химические связи, задействуя все свои валентные электроны (3s² 3p¹).
Так как Алюминий — активный металл, его степень окисления в сложных веществах практически всегда +3.
Это правило помогает находить степени окисления других элементов в молекуле.
Пример для Al4C3 (карбид алюминия):
Сумма всех степеней окисления в молекуле равна 0. Обозначим СО углерода за x, а у алюминия она всегда +3.
4 · (+3) + 3 · x = 0
12 + 3x = 0 ⇒ 3x = -12 ⇒ x = -4
Пример для Al (чистый металл):
В простых веществах, не связанных с другими элементами, степень окисления всегда равна 0.
x = 0
| СО | Класс соединений | Примеры |
|---|---|---|
| +3 | Оксиды, амфотерные гидроксиды, соли | Al2O3, Al(OH)3, AlCl3, Al2(SO4)3 |
| 0 | Простое вещество | Al |
▶️ Дано:
Соединение: Na[Al(OH)4] (тетрагидроксоалюминат натрия).
⌕ Найти:
Определите СО алюминия.
✨ Решение:
1) Na — элемент I группы, СО = +1.
2) Группа (OH) целиком имеет заряд −1.
3) Расчет: +1 + x + 4 · (−1) = 0 → x − 3 = 0 → x = +3.
✅ Ответ:
Al(+3).
Отметьте три правильных утверждения для Алюминия (Al):
Правильные ответы: 1, 2, 4
1) Порядковый номер 13 соответствует количеству протонов в ядре.
2) Алюминий — металл №1 по распространенности на Земле.
4) Конфигурация 3s2 3p1 — это «паспорт» алюминия, определяющий его СО +3.
Ошибка в 3: Алюминий находится в 3-м периоде. Ошибка в 5: Его степень окисления в соединениях постоянна (+3).
Алюминию энергетически выгоднее сразу отдать все три валентных электрона (два с s- и один с p-подуровня), чтобы достичь стабильной электронной конфигурации инертного газа неона.
Нет, алюминий обладает низкой электроотрицательностью (1,61) и является активным металлом, поэтому он только отдает электроны (восстановитель) и не принимает их.
В большинстве соединений они численно совпадают: валентность равна III (три химические связи), а степень окисления равна +3.