Степень окисления алюминия (Al): в соединениях, как определить, примеры

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.

Содержание страницы

Почему у алюминия такие степени окисления?

Причина постоянной степени окисления алюминия кроется в строении его внешнего электронного уровня: 3s² 3p¹.

В простом веществе (Al⁰): Все три валентных электрона (пара на s и один на p) удерживаются ядром. Заряд атома равен 0. 3s [↑↓] 3p [↑][ ][ ]
В соединениях (Al⁺³): Алюминию энергетически выгодно отдать все 3 электрона, чтобы достичь стабильной оболочки благородного газа неона. Он освобождает оба подуровня: 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.

Степень окисления алюминия в соединениях

В химических соединениях алюминий практически всегда имеет степень окисления +3.

Он является типичным восстановителем, отдавая свои электроны более электроотрицательным элементам:

Оксид алюминия (Al₂O₃): Al +3, O -2.
Хлорид алюминия (AlCl₃): Al +3, Cl -1.
Нитрид алюминия (AlN): Al +3, N -3.

Высшая и низшая степени окисления

Высшая степень окисления алюминия равна +3 (соответствует номеру группы). Низшая равна 0 (металл).

Как определить степень окисления алюминия

По таблице Менделеева

Алюминий (Al) в таблице Менделеева находится в 13-й группе (IIIA), период — 3, блок — p-элемент.

Металлическая природа: Как и другие активные металлы, он стремится только отдавать электроны.
Постоянство: Из-за резкого скачка энергии ионизации после 3-го электрона, алюминий никогда не проявляет СО выше +3.

По электронной конфигурации

Электронная формула: [Ne] 3s² 3p¹.
На внешнем уровне 3 электрона.
Отдача всей тройки электронов приводит к образованию иона Al³⁺ с конфигурацией неона.

По валентности (Число связей)

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).

В оксиде алюминия (Al₂O₃) каждый атом алюминия образует три связи с кислородом, его валентность — III, а СО = +3.
В хлориде алюминия (AlCl₃) алюминий связан с тремя атомами хлора, его валентность — III, а СО = +3.

По химическому соединению (Алгебраический расчет)

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

Примеры степеней окисления алюминия

СО	Класс соединений	Примеры
+3	Оксиды, амфотерные гидроксиды, соли	Al₂O₃, Al(OH)₃, AlCl₃, Al₂(SO₄)₃
0	Простое вещество	Al

Алюминий химический элемент: свойства, нахождение в природе, получение и применение.

Пример решения задачи:

▶️ 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).

Проверка знаний: Как определить Алюминий по таблице Менделеева

Отметьте три правильных утверждения для Алюминия (Al):

1) В атомном ядре содержится 13 протонов.

2) Является самым распространенным металлом в земной коре.

3) Находится во 2-м периоде и 13-й группе таблицы.

4) Электронная конфигурация валентного слоя: 3s² 3p¹.

5) Проявляет переменную степень окисления от +1 до +3.

Показать верные ответы и пояснения

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).

Часто задаваемые вопросы

Почему у алюминия только одна степень окисления +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.

Может ли алюминий быть отрицательным?

Нет, алюминий обладает низкой электроотрицательностью (1,61) и является активным металлом, поэтому он только отдает электроны (восстановитель) и не принимает их.

В чем разница между валентностью и степенью окисления алюминия?

В большинстве соединений они численно совпадают: валентность равна III (три химические связи), а степень окисления равна +3.